Основные типы приборов, измеряющих напряжение и силу тока Общие сведения Измерения напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических цепей и устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи, как правило, не приводит к нарушению электрических процессов в ней, поскольку входное сопротивление прибора выбирается достаточно большим. При измерениях же тока приходится размыкать исследуемую цепь и в ее разрыв последовательно включать амперметр, внутреннее сопротивление которого отлично от нуля. Однако в ряде случаев необходимы или прямые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения напряжения и силы тока в этой главе рассматриваются совместно., Задача измерения постоянных напряжения и силы тока заключается в нахождении их значения и полярности. Целью измерения переменных напряжения и силы тока является определение какого-либо их параметра. Так как напряжение и сила тока связаны, согласно закону Ома, линейной зависимостью, чаще проводят измерение напряжения и по его значению аналитически вычисляют силу тока. Из курса физики известно, что напряжение между точками А и Весть скалярная величина, определяемая выражением  где — напряженность электрического поля; — расстояние между точками. Современные методы и средства измерений позволяют измерять напряжения в диапазоне 10-10... 106 В и силу тока в диапазоне 10-18... 105 А. Вместе с тем данные измерения должны осуществляться в очень широкой полосе частот,— от постоянного тока до сверхвысоких частот. Такие крайние значения величин требуют уникальных методов измерения. Измерение параметров переменного напряжения — сложная метрологическая задача, связанная с обеспечением требуемого частотного диапазона и учетом формы кривой измеряемого сигнала. Переменное напряжение (переменный ток) промышленной частоты имеет синусоидальную форму  и его мгновенное значение u(t) характеризуется несколькими основными параметрами: амплитудой Um, .jкруговой частотой со и начальной фазой Уровень переменного напряжения может быть определен по амплитудному, среднему квадратическому (часто в технической литературе употребляется термины «среднеквадратическое», «действующее» и «эффективное», которые соответствующим ГОСТом относятся к нерегламентируемым), среднему (постоянной составляющей) или средневыпрямленному значениям. Мгновенные значения напряжения u(t) наблюдают на экране осциллографа или другого индикаторного устройства и определяют в каждый момент времени (рис. 5.1). Амплитуда (высота; устаревшее — пиковое значение) Um — наибольшее мгновенное значение напряжения за время наблюдения или за период. Измеряемые напряжения могут иметь различный вид, например, форму импульсов, гармонического или негармонических колебаний — суммы синусоиды с постоянной составляющей и т.д. (рис. 5.1, а, б, в). При разнополярных несимметричных кривых формы напряжения различают два амплитудных значения (рис. 5.1, г): положительное и отрицательное .  Рис. 5.1. Иллюстрации к понятию амплитуда напряжения: а _ импульсы положительной полярности; 6 — синусоидальное напряжение; в — сумма синусоиды и постоянной составляющей; г — несинусоидальное колебание Среднее квадратическое значение напряжения определяется как корень квадратный из среднего квадрата мгновенного значения напряжения за время измерения (или за период):  Если периодический сигнал несинусоидален, то квадрат среднего квадратического значения равен сумме квадратов постоянной составляющей и средних квадратических значений гармоник:  Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения равно среднему арифметическому всех мгновенных значений за период:  Средневыпрямленное напряжение определяется как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период:  Для напряжения одной полярности среднее и средневыпрямленное значения равны. В случае разнополярных напряжений эти два значения могут существенно отличаться друг от друга. Так, для гармонического напряжения Uсp=0, Ucp.в=0,637Um. Наиболее часто измеряют среднее квадратическое значение напряжения, так как этот параметр связан с мощностью, нагревом, потерями. Однако проще измерить амплитудное или средневыпрямленное значение и произвести пересчет с применением коэффициентов амплитуды Каи формы Кф:  В частности, для синусоидальной (гармонической) формы переменного напряжения: Ка = 1,41; Кф = 1,11. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И СИЛЫ ТОКА Измерения напряжения и силы тока (в литературе и на практике принято говорить об измерении тока, но в принципе измеряют силу тока) в радиотехнических цепях существенно отличаются от подобных измерений в электротехнических цепях, что объясняется спецификой радиотехнических сигналов. Несмотря на ограниченное применение таких характеристик сигналов, как напряжение и сила тока, вольтметры и амперметры являются достаточно востребованными типами приборов. Общие сведения Измерения напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических цепей и устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи, как правило, не приводит к нарушению электрических процессов в ней, поскольку входное сопротивление прибора выбирается достаточно большим. При измерениях же тока приходится размыкать исследуемую цепь и в ее разрыв последовательно включать амперметр, внутреннее сопротивление которого отлично от нуля. Однако в ряде случаев необходимы или прямые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения напряжения и силы тока в этой главе рассматриваются совместно., Задача измерения постоянных напряжения и силы тока заключается в нахождении их значения и полярности. Целью измерения переменных напряжения и силы тока является определение какого-либо их параметра. Так как напряжение и сила тока связаны, согласно закону Ома, линейной зависимостью, чаще проводят измерение напряжения и по его значению аналитически вычисляют силу тока. Из курса физики известно, что напряжение между точками А и Весть скалярная величина, определяемая выражением  где — напряженность электрического поля; — расстояние между точками. Современные методы и средства измерений позволяют измерять напряжения в диапазоне 10-10... 106 В и силу тока в диапазоне 10-18... 105 А. Вместе с тем данные измерения должны осуществляться в очень широкой полосе частот,— от постоянного тока до сверхвысоких частот. Такие крайние значения величин требуют уникальных методов измерения. Измерение параметров переменного напряжения — сложная метрологическая задача, связанная с обеспечением требуемого частотного диапазона и учетом формы кривой измеряемого сигнала. Переменное напряжение (переменный ток) промышленной частоты имеет синусоидальную форму  мгновенное значение u(t) характеризуется несколькими основными параметрами: амплитудой Um, ω- круговой частотой φ – начальной фазой Уровень переменного напряжения может быть определен по амплитудному, среднему квадратическому (часто в технической литературе употребляется термины «среднеквадратическое», «действующее» и «эффективное», которые соответствующим ГОСТом относятся к нерегламентируемым), среднему (постоянной составляющей) или средневыпрямленному значениям. Мгновенные значения напряжения u(t) наблюдают на экране осциллографа или другого индикаторного устройства и определяют в каждый момент времени (рис. 5.1). Амплитуда (высота; устаревшее — пиковое значение) Um — наибольшее мгновенное значение напряжения за время наблюдения или за период. Измеряемые напряжения могут иметь различный вид, например, форму импульсов, гармонического или негармонических колебаний — суммы синусоиды с постоянной составляющей и т.д. (рис. 5.1, а, б, в). При разнополярных несимметричных кривых формы напряжения различают два амплитудных значения (рис. 5.1, г): положительное и отрицательное .  Рис. 5.1. Иллюстрации к понятию амплитуда напряжения: а _ импульсы положительной полярности; 6 — синусоидальное напряжение; в — сумма синусоиды и постоянной составляющей; г — несинусоидальное колебание Среднее квадратическое значение напряжения определяется как корень квадратный из среднего квадрата мгновенного значения напряжения за время измерения (или за период):  Если периодический сигнал несинусоидален, то квадрат среднего квадратического значения равен сумме квадратов постоянной составляющей и средних квадратических значений гармоник:  Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения равно среднему арифметическому всех мгновенных значений за период:  Средневыпрямленное напряжение определяется как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период:  Для напряжения одной полярности среднее и средневыпрямленное значения равны. В случае разнополярных напряжений эти два значения могут существенно отличаться друг от друга. Так, для гармонического напряжения Uсp=0, Ucp.в=0,637Um. Наиболее часто измеряют среднее квадратическое значение напряжения, так как этот параметр связан с мощностью, нагревом, потерями. Однако проще измерить амплитудное или средневыпрямленное значение и произвести пересчет с применением коэффициентов амплитуды Ка и формы Кф:  В частности, для синусоидальной (гармонической) формы переменного напряжения: Ка = 1,41; Кф = 1,11. Значения этих коэффициентов для наиболее употребляемых в радиотехнических цепях и средствах измерения видов сигналов и соотношения между ними даны в табл. 5.1, где все величины напряжений обозначены буквой и.  Основные типы приборов, измеряющих напряжение и силу тока Напряжение и силу тока измеряют приборами непосредственной оценки или приборами, использующими метод сравнения (компенсаторами). По структурному построению всевозможные приборы, измеряющие напряжение и силу тока, условно можно разделить на три основных типа: • электромеханические; • электронные аналоговые; • цифровые. |