Влияние формы напряжения на показания вольтметра

Большинство электронных вольтметров, предназначенных для измерения переменных напряжений, градуируют в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения (за исключением импульсных вольтметров, которые градуируют обычно по амплитудному значению). Следовательно, показания таких приборов соответствуют среднеквадратическим значениям синусоидальных сигналов. А как быть, если исследователя (оператора) интересует максимальное или средневыпрямленное значение напряжения гармонического или более сложного сигнала?

Ответы на поставленные вопросы можно найти, если знать градуировочную характеристику приборов, которая устанавливает соотношение между показанием прибора S" и значением измеренного напряжения.

В общем виде для приборов с закрытым для постоянной составляющей сигнала входом градуировочную характеристику можно представить в следующем виде [ 1 ]:

где С — градуировочный коэффициент, зависящий от вида преобразователя;

ср — функциональные преобразования вида (5.1)—(5.3);

U"_c — постоянная составляющая измеряемого сигнала.

Для приборов с открытым входом соответственно.

Для уяснения сущности градуировочной характеристики рассмотрим процесс градуировки с помощью схемы на рис. 5.1, где параллельно включены четыре прибора, имеющие преобразователь пиковых значений (ППЗ), преобразователь средневыпрямленных значений (ПСВЗ) и преобразователь среднеквадратических значений (ПСКЗ).

Шкалы первых трех вольтметров среднеквадратические и градуируют по образцовому вольтметру, имеющему также среднеквадратическую шкалу. Шкала четвертого вольтметра градуирована в пиковых (амплитудных) значениях.

При одном и том же значении входного гармонического сигнала u (t) показания вольтметров будут отсчитаны в среднеквадратических значениях, в соответствии с (5.6), т. е. можно записать.

С учетом (5.4) градуировочные характеристики запишутся в следующем виде:

Таким образом, при проведенной градуировке, когда шкалы первых грех приборов градуированы с СКЗ синусоидального напряжения, по показаниям этих приборов могут быть определены все остальные параметры синусоидального сигнала через коэффициенты амплитуды К_я и формы К_ф, независимо от типа преобразователя, используемого в данном вольтметре:

Поставим вопрос: можноли отградуированными вольтметрами измерять напряжение сигнала сложной формы u_x{t), отличного от синусоидального?

Представим, что на четыре вольтметра схемы на рис. 5.1 вместо гармонического сигнала подается сигнал u_x(t), значения которого нужно определить. В этом случае по аналогии с (5.8) показания приборов запишутся в следующем виде:

Очевидно, что К_ах * K_asin и К_фх ^ /Q,_sin, поэтому показания первого вольтметра ?_п1 и второго ?_п2, проградуированных синусоидальным сигналом, не будут соответствовать параметрам измеряемого сложного сигнала u_x(t). Показания третьего прибора 5_п3, проградуированного в значениях параметра, на который реагирует его преобразователь (С= 1), будут соответствовать значению измеряемого сигнала, т. е. показания этого вольтметра не зависят от формы измеряемого напряжения. Это же относится и к четвертому вольтметру.

Таким образом, при измерении несинусоидального напряжения показания приборов должны быть переоценены, т. е. внесены поправки в соответствии со значениями К._лх и К_фх измеряемого сигнала. При внесении поправок в первую очередь следует, используя К_хфп или А’фип, определить значение напряжения, на которое реагирует преобразователь, а затем другие значения напряжений. Например, при использовании вольтметра с пиковым преобразователем и среднеквадратической шкалой непосредственно по показанию прибора первоначально находится, а затем

Таким образом, истинное значение показывают только третий и четвертый вольтметры, дающие соответствующую информацию об U_CK и Из показаний первого и второго вольтметров необходимо вычислить t/_CD и U_m, пользуясь коэффициентами амплитуды К_а и Кф формы гармонического сигнала (см. табл. 5.1): U", = 1.41 i/_CB = ?"2/1,11.