Измерение переменного тока и напряжения

В случае изменяющихся во времени сигналов переменного тока обычно требуется определять некие их свойства, связанные с моментальными значениями сигнала. В большинстве случаев лучше знать среднеквадратические (действенные) значения электронных величин переменного тока. Вместе с этим могут представлять энтузиазм и другие величины, к примеру наибольшее либо среднее абсолютное значение.

Среднеквадратическое (действенное) значение напряжения (либо силы) переменного тока определяется как корень квадратный из усредненного по времени квадрата напряжения (либо силы тока):

где Т – период сигнала U(t).

Наибольшее значение – это наибольшее секундное значение сигнала, а среднее абсолютное значение – абсолютное значение, усредненное по времени. При синусоидальной форме колебаний = 0,707и = 0,637.

Практически все приборы для измерения напряжения и силы переменного тока демонстрируют значение, которое предлагается рассматривать как действенное значение входного сигнала. Но в дешевеньких устройствах часто по сути измеряется среднее абсолютное либо наибольшее значение сигнала, а шкала градуируется так, чтоб показание соответствовало эквивалентному действенному значению в предположении, что входной сигнал имеет синусоидальную форму. Точность таких устройств очень мала, если сигнал не синусоидальный.

Приборы, способные определять настоящее действенное значение сигналов переменного тока, могут быть основаны на одном из 3-х принципов: электрического умножения, дискретизации сигнала либо термического преобразования. Приборы, основанные на первых 2-ух принципах, обычно, реагируют на напряжение, а термические электроизмерительные приборы – на ток. При использовании дополнительных резисторов и шунтов такими устройствами можно определять ток и напряжение в довольно широких границах.

Строительство в квадрат и усреднение по времени входного сигнала в неком приближении осуществляются электрическими схемами с усилителями и нелинейными элементами для выполнения таких математических операций, как нахождение логарифма и антилогарифма аналоговых сигналов. Приборы такового типа могут иметь погрешность порядка 0,009%.

Сигнал переменного тока преобразуется в цифровую форму при помощи быстродействующего АЦП. Дискретизированные значения сигнала возводятся в квадрат, суммируются и делятся на число дискретных значений в одном периоде сигнала. Погрешность таких устройств составляет 0,01–0,1%.

Для оценки величины переменного тока и напряжения употребляют понятия действующего, амплитудного и среднего значений. Для этой цели употребляют приборы разных систем, но при использовании устройств магнитоэлектрической системы требуется применение дополнительных преобразователей из переменного тока в неизменный.

При измерении токов выше 250…300 А амперметры электромеханической системы конкретно в цепь не врубаются из-за сильного воздействия на показания устройств магнитного поля токоподводящих проводов и значимого нагрева шин. Расширение спектра измеряемых токов и напряжений делается в главном с помощью измерительных трансформаторов. Для защиты устройств от наружных магнитных и электронных поле применяется экранирование. На переменном токе нужно учесть и частотную составляющую погрешности измерений.

Наивысшую точность измерения действенных значений напряжения и тока обеспечивают термические электроизмерительные приборы. В их употребляется термический преобразователь тока в виде маленького откачанного стеклянного баллончика с нагревателем (длиной 0,5–1 см), к средней части которой прикреплен спай термопары в виде малеханькой бусинки, обеспечивающей термический контакт и электроизоляцию термопары с токопроводом. При повышении температуры, пропорциональным действенному значению тока в нагревателе, на выходе термопары появляется термо-ЭДС. Такие преобразователи применимы для измерения силы переменного тока с частотой от 20 Гц до 10 МГц.

На рис. показана принципная схема термического электроизмерительного прибора с 2-мя подобранными по характеристикам термическими преобразователями тока. При подаче на вход схемы напряжения переменного тока Vас на выходе термопары преобразователя ТС1 появляется напряжение неизменного тока, усилитель А делает неизменный ток в нагревательной проволочке преобразователя ТС2, при котором термопара выдает напряжение неизменного тока, потом прибор определяет выходной неизменный ток.

Рис. Термический электроизмерительный прибор для измерения действенных значений напряжения и силы переменного тока.

При помощи дополнительного резистора описанный измеритель тока можно перевоплотить в вольтметр. Термические электроизмерительные приборы конкретно определяют токи от 2 до 500 мА, потому для измерения токов большей силы нужно использовать резисторные шунты.

< == предшествующая статья |