3. măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici · convertor tensiune de vârf-tensiune...
TRANSCRIPT
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
www.comm.pub.ro
3. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici
3.2.2 Voltmetre electronice analogice
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetre de curent continuu
Atenuatorul calibrat divizor rezistiv Rin – const. Rin >>10 MΩ
FTJ Protectie
Ampl.c.c.
Ux
Atenuator calibrat
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetre de curent continuu
FTJ circuit de protecţie la supratensiuni
FTJ Protectie
Ampl.c.c.
Ux
Atenuator calibrat
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetre de curent continuu
Amplificatorul de curent continuu Rin foarte mare
FTJ Protectie
Ampl.c.c.
Ux
Atenuator calibrat
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetre de curent continuu
Instrumentul indicator: instrument cu ac sau voltmetru numeric
FTJ Protectie
Ampl.c.c.
Ux
Atenuator calibrat
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetre de curent alternativ
2 variante:
Voltmetrul de curent alternativ este format din un convertor un amplificator de curent continuu sau alternativ un voltmetru de curent continuu.
Convertor c.a. – c.c. Amplif. c.c
Amplif. c.a Convertor c.a. – c.c.
Voltmetru c.c
Voltmetru c.c
Masoara componenta medie
Convertor
c.a. – c.c.
Amplif. c.c
Amplif. c.a
Convertor
c.a. – c.c.
Voltmetru c.c
Voltmetru c.c
Măsoară componenta medie
� EMBED Word.Picture.8 ���
Convertor
c.a. – c.c.
Amplif. c.c
Amplif. c.a
Convertor
c.a. – c.c.
Voltmetru c.c
Voltmetru c.c
Măsoară componenta medie
_1492450490.doc
Măsoară componenta medie
Voltmetru c.c
Voltmetru c.c
Convertor
c.a. – c.c.
Amplif. c.a
Amplif. c.c
Convertor
c.a. – c.c.
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetre de curent alternativ
Clasificare în funcţie de tipul convertorului:
Voltmetre de vârf Voltmetre de valori medii absolute Voltmetre de valori eficace
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
Convertorul tensiune de vârf – tensiune continuă (detector de vârf, de amplitudine)
variantă serie sau paralel:
D R
a) Detector serie
C u(t) D R V
b) Detector paralel
C Um u(t) u0(t)
id(t)
uc(t)
V
uc(t)
id(t)
u0(t)
Um
C
R
C
u(t)
a) Detector serie
D
u(t)
b) Detector paralel
D
R
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
Detectorul serie demodulator pentru semnale MA în radioreceptoare nu este folosit în voltmetre nu separă c.c de c.a.
Detectorul paralel folosit în voltmetre de c.a. separă c.c de c.a.
D R
a) Detector serie
C u(t) D R V
b) Detector paralel
C Um u(t) u0(t)
id(t)
uc(t)
V
uc(t)
id(t)
u0(t)
Um
C
R
C
u(t)
a) Detector serie
D
u(t)
b) Detector paralel
D
R
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
se presupune RC >> T când u(t) crește D – deschisă uc(t)=u(t)
D R V C
Um u(t) u0(t) id(t)
uc(t)
V
uc(t)
id(t)
u0(t)
Um
C
u(t)
D
R
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
când u(t) scade
D - blocată C se descarcă prin R mult mai lent (RC mare)
( ) ( ) ( ) ( )0 0C Vu t u t u t u t U += − = − <
D R V C
Um u(t) u0(t) id(t)
uc(t)
uc(t)
u(t)
t
u0(t) = u(t) - uc(t)
t
UV+
-UV+
V
uc(t)
id(t)
u0(t)
Um
C
u(t)
D
R
u
c
(t)
u(t)
t
u
0
(t) = u(t) - u
c
(t)
t
U
V+
-U
V+
� EMBED Word.Picture.8 ���
u
c
(t)
u(t)
t
u
0
(t) = u(t) - u
c
(t)
t
U
V+
-U
V+
_1207313204.doc
uc(t)
u(t)
t
t
UV+
u0(t) = u(t) - uc(t)
-UV+
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
Tensiunea u0(t) este
Un instrument de curent continuuindică:
uc(t)
u(t)
t
u0(t) = u(t) - uc(t)
t
UV+
-UV+
( ) ( ) ( )0 Cu t u t u t= −
( ) ( ) ( ) ( ) ( )0mas C V VU u t u t u t u t U u t U+ += = − = − = −
D R V C
Um u(t) u0(t) id(t)
uc(t)
u
c
(t)
u(t)
t
u
0
(t) = u(t) - u
c
(t)
t
U
V+
-U
V+
� EMBED Word.Picture.8 ���
u
c
(t)
u(t)
t
u
0
(t) = u(t) - u
c
(t)
t
U
V+
-U
V+
_1207313204.doc
uc(t)
u(t)
t
t
UV+
u0(t) = u(t) - uc(t)
-UV+
V
uc(t)
id(t)
u0(t)
Um
C
u(t)
D
R
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
detector clasă C
Dacă
voltmetru de vârf negativ
0mas V VU U U+ += − = −
( ) 0u t =
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
Dacă inversăm D D se deschide pe alternanţele negative C se încărcă la valoarea UV- se obţine un detector de vârf pozitiv
dacă Pentru un semnal sinusoidal acest aparat măsoară
amplitudinea semnalului
( ) ( ) ( )0mas V VU u t u t U u t U− += = − = +
mas VU U += ( ) 0u t =
mas VU U U+= =
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
de regulă etalonat în valori eficace pentru sin. similitudine cu etalonarea în c.c. din punct de vedere energetic valoarea eficace este
cea care corespunde unei tensiuni continue care produce același efect.
în practică voltmetrul va indica nu Uef, ci o valoare de ori mai mică decât Uv2
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
caz real: rezistenţă serie a diodei în conducție, trecere graduală de la blocare la conducţie
Ud
Id Caracteristica ideală (Rd=0)
Caracteristica ideală (Rd>0)
Caracteristica reală
Vp
Vp
Ud
Caracteristica reală
Caracteristica ideală (Rd>0)
Caracteristica ideală (Rd=0)
Id
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă
Curentul prin dioda
prag de deschidere al diodei, Vp pentru diodele de siliciu, Vp = 0,6 – 0,7 V. erori pentru măsurarea de tensiuni < 3V pe scări cu UCS = 3V se preferă o etalonare neliniară a
scalei aparatului, care să compenseze neliniaritatea diodei.
0 ;
;
d p
d d pd p
d
U VI U V
U VR
≤= −
>
Ud
Id
Caracteristica reală
Vp
Vp
Ud
Caracteristica reală
Id
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor valoare medie absolută–tensiune continuă
redresor m.a. sau d.a. + un voltmetru de valori medii Dioda se deschide doar pe alternanţa pozitivă uR(t)=u(t)
D R
Detector monoalternanţă
u(t) V Um uR
uR(t)
t
Um
u(t) Filtru Trece Jos
uR
R
Um
V
Filtru Trece Jos
u(t)
Um
t
uR(t)
D
Detector monoalternanţă
u(t)
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor valoare medie absolută–tensiune continuă
voltmetru de valori medii (ex. voltmetru magnetoelectric) sau
FTJ + voltmetru de curent continuu
D R
Detector monoalternanţă
u(t) V Um uR
uR(t)
t
Um
u(t) Filtru Trece Jos
uR
R
Um
V
Filtru Trece Jos
u(t)
Um
t
uR(t)
D
Detector monoalternanţă
u(t)
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Convertor valoare medie absolută–tensiune continuă
Redresor dublă alternanță:
uR(t)
u(t)
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
UV
UM
u(t)
V
Uv
Uma
Σ k1
k2 Uind
Uind
k2
k1
Uma
Uv
V
UM
u(t)
UV
Σ
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
UV
UM
u(t)
V
Uv
Uma
Σ k1
k2 Uind
1 2ind v maU k U k U= +
Uind
k2
k1
Uma
Uv
V
UM
u(t)
UV
Σ
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
Alegând corect k1 şi k2 Uind=Uef pentru două tipuri de semnale
Exemplu: două semnale s(t), d(t)
Indicii s, d semnifică tipul semnalului
1 2
1 2
s s sef v ma
d d def v ma
U k U k U
U k U k U
= +
= +
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
Împărţind prin Uef se obţine
cu soluţiile
1 2
1 2
11
11
sV s
F
dV d
F
k K kK
k K kK
= + = +
VV
ef
UKU
=
efF
ma
UK
U=
1
s dF F
s s d dV F V F
k kkk K k k
−=
−( )
2
d s s dV V F F
d d s sV F V F
k k k kk
k K k k−
=−
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
EXEMPLUL 1 : Să se determine constantele k1, k2 astfel încât voltmetrul să măsoare tensiunea efectivă pentru semnal sinusoidal şi semnal dreptunghiular simetric de medie nulă. Să se calculeze eroarea pe care o face acest voltmetru la măsurarea unei tensiuni triunghiulare simetrice, de medie nulă.
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
pentru semnalul sinusoidal se obţin:
pentru semnalul dreptunghiular simetric:
Ţinând cont de aceste valori şi de expresiile pentru k1şi k2 se obţine:
maU A= efU A= vU A= 1FK = 1VK =
1 20,19; 0,8k k= =
2ma
AUπ
=2ef
AU =vU A=
1,112 2F
K π= =
2VK =
1
s dF F
s s d dV F V F
K KkK K K K
−=
−( )
2
d s s dV V F F
d d s sV F V F
K K K Kk
K K K K−
=−
VV
ef
UKU
=
efF
m
UK
U=
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
Pentru semnal triunghiular indicaţia voltmetrului va fi
Eroarea făcută de aparat va fi
1 210,19 0,8 0,592
t tef ind V maU k U k U A A
= + = + =
0,593 2,1%
3
tef ef ind
s tef
A AU UAU
ε−−
= = =
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de valori pseudoeficace
Exemplu de realizare practică
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de curent alternativ
EXEMPLUL2: Cu un voltmetru magnetoelectric având scări pentrumăsurarea tensiunilor continue şialternative, cu redresor dublăalternanţă, se fac următoarelemăsurători pentru tensiunea periodică din figură: pe scara de curent continuu se măsoară U1=4V; pe scara de curent alternativ se măsoară U2=7,77V.
a) Ştiind că pe scara de curent alternativ voltmetrul este etalonat în valori efective pentru semnal sinusoidal, să se calculeze tensiunile E1 şi E2 dacă valoarea lui τ=T/2.
b) Ce va indica voltmetrul în cele două cazuri dacă τ=T/3.
T τ t
E1
E2
u(t)
T
τ
t
E1
E2
u(t)
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de curent alternativ
Pe scara de curent continuuvoltmetrul măsoară valoareamedie a semnalului de intrare
unde η este factorul de umplere, În curent alternativ voltmetrul măsoară tensiunea
medie absolută a semnalului şi apoi o converteşte la valoarea efectivă cu ajutorul factorului de formă pentru semnal sinusoidal
T τ t
E1
E2
u(t)
( ) ( ) ( )1 1 201 1
TU u t u t dt E E
Tη η= = = + −∫
Tτη =
( )2 01 Ts s
ma F FU U K u t dt KT = = ∫
T
τ
t
E1
E2
u(t)
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetru de curent alternativ
Se obţine:
Se formează sistemul
Soluţiile sistemului sunt pentru η=1/2
b) Pentru η=1/3 voltmetrul va indica
( )( )2 1 2 1 sFU E E Kη η= − −
( )
( )
1 2
1 2
1 47,771 7s
F
E E V
E E VK
η η
η η
+ − = − − = =
1 211 , 3E V E V= = −
1 25 , 6,293
E V E V= =
3. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici Voltmetre de curent continuuVoltmetre de curent continuuVoltmetre de curent continuuVoltmetre de curent continuuVoltmetre de curent alternativ Voltmetre de curent alternativ Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertor valoare medie absolută–tensiune continuă Convertor valoare medie absolută–tensiune continuă Convertor valoare medie absolută–tensiune continuă Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de valori pseudoeficace Voltmetru de curent alternativ Voltmetru de curent alternativ Voltmetru de curent alternativ