2. Измерения синусоидальных сигналов
ЭКСПЕРИМЕНТ 17 Измерения синусоидальных сигналов
После проведения данного эксперимента Вы сможете измерять при помощи мультиметра и осциллографа напряжения синусоидальных сигналов и осуществлять преобразование эффективных значении в значения размаха и наоборот.
* Мультиметр (цифровой мультиметр)
* Источник постоянного напряжения
Имеется два основных метода измерения напряжений синусоидальных сигналов — при помощи мультиметра и при помощи осциллографа. Если используется мультиметр, показания прибора осуществляются непосредственно в вольтах, которые отмечаются на шкале указателем аналогового прибора или в виде десятичного числа на жидкокристаллическом или светодиодном индикаторе цифрового прибора. При этом представляемое на индикации значение является эффективным значением или среднеквадратическим значением. Оно является также более точным показанием.
Осциллограф визуализирует на экране синусоидальный сигнал. Это наиболее легкий и более точный метод для измерения размаха сигнала. Из двух этих устройств значение мультиметра является более точным, как уже упоминалось. Тем не менее, осциллограф позволяет Вам видеть сигнал, а также любой шум, искажение или помехи, которые могут сопровождать сигнал.
Мультиметр имеет ограничение по высокой частоте. Это предельное значение частоты варьирует от прибора к прибору, однако оно не превышает обычно нескольких тысяч герц. Осциллограф же может выполнять измерения напряжений сигналов с частотой до нескольких мегагерц.
Мультиметр позволяет Вам также измерять ток, тогда как осциллограф нет. При включении мультиметра последовательно с цепью или с компонентом Вы можете получить индикацию эффективной величины тока. Единственным способом измерить ток при помощи осциллографа является косвенный способ, а именно, надо измерить напряжение на резисторе, преобразовать значение размаха в эффективное значение, а затем разделить его на сопротивление резистора.
При выполнении тестов и измерений в электронике обычно является необходимым преобразование
эффективных значении в значения размаха и наоборот. Для преобразования эффективных значении в значения размаха используйте следующие формулы:
Vpp = 2,828 Vrms Ipp = 2,828 Irms
(где: РР — размах, rms — эффективное значение) Для преобразования значений размаха, в эффективные значения используйте следующие формулы:
Пример: Пусть требуется преобразовать показание 6,3 Vpp в эффективное значение:
Vrms= 0,3535 Vpp = 0,3535 (6,3) = 2,23 В
Пример: Пусть требуется преобразовать эффективное значение тока 7 мА в значение размаха:
Ipp = 2,828 Irms = 2,828 (7) = 19,8 мА
Осциллограф может выполнять также измерения по постоянному току. Смещение горизонтальной линии по вертикали относительно нулевой линии на экране осциллографа представляет собой входной уровень по постоянному току. Для измерения постоянного тока горизонтальную линию развертки совместите с линией координатной сетки, соответствующей нулю. Подайте входной сигнал постоянного тока, затем измерьте смещение по вертикали в делениях и преобразуйте в напряжение.
Вы познакомитесь с измерением токов и напряжений синусоидальных сигналов и выполните преобразования единиц в следующей процедуре.
1. Включите осциллограф и визуализируйте горизонтальную линию.
2. Включите генератор функций, выберите формирование синусоидального сигнала и установите поворотный селектор на 1 кГц. Подключите выход генератора ко входу осциллографа. Визуализируйте сигнал. Отрегулируйте осциллограф для получения стабильной индикации. Отрегулируйте выход генератора до получения значения сигнала 4 V
3. Вычислите эффективное значение (rms) этого синусоидального сигнала. Измерьте эффективное значение при помощи цифрового мультиметра. Сравните Ваши расчетное и измеренное значения.
Vэфф (измеренное) = ______ В
4. Измерьте период синусоидального сигнала при помощи осциллографа. Т = _______ секунд
5. Рассчитайте частоту синусоидального сигнала при помощи измеренного Вами периода. Сравните Ваши расчетное и измеренное значения и установку регулятора на генераторе функций.
6. Повторите шаги 2—5 с синусоидальным сигналом 500 мВ на частоте 60 Гц и прямоугольным сигналом 15кГц, 3В Какое значение имеет эффективное напряжение в связи с синусоидальным сигналом?
7. Подключите выход генератора функции к резистору 2, 7 кОм. Отрегулируйте генератор для формирования 9 V с частотой 120 Гц. Проконтролируйте напряжение при помощи осциллографа.
8. Рассчитайте ток через резистор, используя закон Ома.
9. Измерьте ток через резистор, используя цифровой мультиметр. Сравните Ваши расчетное и измеренное значения. I = ______ мА
10. Отключите резистор от генератора. Включите один из лабораторных источников постоянного напряжения. Отрегулируйте его на формирование выходного напряжения+ 6 В. Измерьте это выходное напряжение при помощи цифрового мультиметра и осциллографа. Повторите действия для выходного постоянного напряжения-12 В.
11. Подключите выход генератора функций последовательно с источником постоянного напряжения и визуализируйте результирующий сигнал. Установите выходное напряжение источника питания на + 5 В и отрегулируйте генератор функций на 400 Гц и 2 Vpp. Начертите диаграмму комбинированного сигнала.
12. Приведите список источников возможных погрешностей, которые могут быть причиной раз
личий между расчетными и измеренными значениями в предыдущих шагах.
1. Чему равно напряжение размаха 85 мВ в переводе на эффективное значение?
2. Чему равно эффективное значение 16 мкА в пересчете на значение размаха?
3. Мультиметр дает индикацию:
б) «значений размаха (двойной амплитуды),
4. Осциллограф может измерять постоянный ток:
5. Какое устройство дает более точные измерения?
Источник
Все нюансы измерения напряжения мультиметром
Напряжение, или вольтаж, — это один из параметров электрического тока, показывающий разницу потенциалов на участке цепи. Он равнозначен электродвижущей силе, и фактически является одним из самых важных факторов для работы любых электроприборов.
Проверка напряжения — едва ли не самая частая операция, которую приходится выполнять в работе с электротехникой, вне зависимости от того, обслуживание это промышленной или бытовой (домашней) электросети.
От его величины, а также от самого факта наличия, зависит, будет ли работать электроприбор, а также может ли он выйти из строя. В настоящее время для измерения напряжения используется аппарат под названием мультиметр.
Общее назначение
Это многофункциональное устройство, предназначенное для измерения целого ряда параметров электрического тока. Современный мультиметр, даже полупрофессиональный, предназначенный для бытовых нужд, способен измерять:
- переменное и постоянное напряжение;
- переменный и постоянный ток (силу тока);
- сопротивление.
Это минимальный перечень функций, которыми обладает даже самое простое устройство. Более сложные имеют функции прозвонки диодов и транзисторов, проверки целостности кабелей и т.п. Есть модели, которые позволяют мерить даже температуру.
Обычный бытовой прибор используется в сетях, напряжение которых не выше 1000 вольт постоянного или 750 вольт переменного тока. Чтобы измерить высокое напряжение, применяется только профессиональный высоковольтный мультиметр.
Устройство
Мы будем рассматривать цифровые мультиметры (они же — тестеры), поскольку. аналоговые (снабженные стрелкой и полем со шкалой значений) в настоящее время уже почти вышли из обихода.
На рынке существует большое разнообразие мультиметров, но у всех из них есть следующие элементы:
- цифровой дисплей;
- переключатель для выставления параметров;
- 2-4 гнезда для подключения контактных щупов;
- два контактных щупа.
Работает прибор от батарейки. Мы будем рассматривать самое простой мультиметр для домашнего использования, измеряющий три основных параметра — напряжение, силу тока и сопротивление электрического проводника.
Подавляющее большинство других функций в быту не нужны, за исключением функции прозвонки. Но прежде чем переходить к измерению напряжения, разберемся, какое оно бывает.
Разница между переменным и постоянным напряжением
Правильнее будет говорить о разнице между постоянным и переменным током. Различные электроприборы работают либо от постоянного тока, либо от переменного.
Переменный означает, что направление движения электронов в проводнике меняется от плюса к минусу с заданной частотой, то есть меняется полярность тока. В бытовой розетке по стандарту действующее напряжение 220 В, (амплитудное 311 В) а частота изменения тока 50 Гц. От такого напряжения работают все включающиеся в розетку приборы.
А вот аккумуляторы и батарейки — это источники постоянного тока. Они всегда имеют фиксированные плюс и минус (полярность). Частота у постоянного тока, естественно, отсутствует.
Подключение штекеров
Перед тем, как измерять напряжение, мультиметр надо выставить в соответствующий режим. Для маркировки напряжения используются либо аббревиатуры ACV — переменное, и DCV — постоянное, либо пиктограммы, дополняющие обозначение V — вольтаж. Так, V
— это переменное напряжение. V с горизонтальной длинной чертой, под которой три коротких — это постоянное.
Если на вашем приборе есть только обозначение V, значит, он способен автоматически определять, переменное оно или постоянное.
Кроме пиктограмм, обозначающих тип напряжения, на корпус мультиметра нанесены диапазоны величин. Большинство бытовых приборов имеют границы измерения до 750 В переменного и до 1000 В постоянного напряжения.
Перед тем, как замерить напряжение в розетке, на аккумуляторе или другом приборе, подключите к мультиметру щупы. Их два — черный и красный. А вот гнезд может быть и два, и три, и четыре — в зависимости от класса прибора.
Черный щуп — это либо минус, либо «ноль». Он всегда устанавливается в гнездо мультиметра, обозначенное COM. Красный щуп — либо плюс, либо «фаза». Для его подключения выбирается гнездо, снабженное соответствующей маркировкой. Если гнезд только 2 — вопрос снят, если больше — выбирайте то, около которого есть символ V.
Другие гнезда могут быть маркированы либо 10-20А, либо mA — соответственно для измерения силы тока (сверхбольшой или сверхмалой), либо иметь другие обозначения и соответственно предназначения. Гнездо для вольтажа всегда одно.
Установка режима измерения
После установки щупов переведите переключатель мультиметра на подходящий диапазон. Если измеряется напряжение в розетке, выбирайте пороговое значение в 750 ACV, если, к примеру, автомобильного аккумулятора — 20 или 200 DCV.
Всегда необходимо устанавливать предел измерения выше предполагаемого напряжения на источнике питания. Иначе вы рискуете сжечь прибор.
Есть правило: вольтаж измеряется путем параллельного подключения мультиметра, (тогда как сила тока — последовательно с нагрузкой). На практике это значит, что для того, чтобы померить напряжение в розетке, необходимо просто вставить в нее оба щупа мультиметра, каждый в свое гнездо. Где ноль, где фаза — не имеет значения.
Прибор показывает напряжение в тех пределах, на которые он отрегулирован. Таким образом, если выставить верхний порог в 750 В — увидите на экране значение в диапазоне 210-230 В. Или меньше, или больше, если скачок напряжения очень велик, но выше 750 В он подняться не может. Но если выставить порог в 200 В, то при фактической величине напряжения выше этой границы на экране появится цифра 1.
Учтите, что ровно 220 В в бытовой розетке бывает не всегда. Допустимы отклонения плюс-минус 10-15 В.
Проверка трехфазной линии осуществляется контактом двух щупов мультиметра с двумя шинами. Между ними должно быть 380 В, между одной шиной и землей будет 220 В (плюс-минус 15).
Проверка батарейки
Как измерить напряжение на батарейке?
Необходимо черный щуп законтачить с ее минусом, красный — с плюсом, и выставить границу на 20 DCV. Для любых домашних батарей и аккумуляторов этого достаточно. Для сравнения: аккумулятор легкового автомобиля выдает 13-14 В. Только мощные аккумуляторы грузовиков предназначены для напряжения 24 В и выше.
Мультиметр покажет сохранившийся заряд батареи. Если вы перепутали полярность — ничего страшного, просто на экранчике появится знак «-».
Проверяя батарейку, учтите, что «свежая» батарейка должна выдавать значение вольтажа немного больше, чем указано на ее корпусе.
Прижимая щупы к контактам батарейки или аккумулятора, удара током бояться не стоит: порог чувствительности человеческой кожи — 36 В. Даже 20 В вы не почувствуете. Но проверяя ток во вскрытом электроприборе или розетке, нужно быть осторожным. Нельзя использовать щупы с поврежденной изоляцией.
Возможные неисправности
Если мультиметр перестал измерять напряжение или неправильно его показывает, проверьте другим тестером батарейку, размещенную внутри корпуса, или просто замените ее.
Проверьте также, соответствует ли выставленный порог измерения напряжению, которое должно быть у объекта, который вы проверяете. Проверьте, верно ли установлен характер вольтажа — батарея не проверяется в режиме переменного, а розетка — постоянного напряжения.
Если не определяется параметр в одной розетке, проверьте его в другой. Если проблема возникла при проверке маленькой батареи — возможно, дело в плохом контакте щупа и клеммы.
Протестируйте устройство на различных объектах, априори работоспособных. Если мультиметр в принципе перестал измерять вольтаж, то либо иссяк его встроенный источник тока, либо повреждена плата управления, либо — наиболее частый случай — поврежден кабель одного из щупов.
Следует осмотреть кабели на предмет разрыва, убедиться в хорошем контакте с гнездом. Если разрыв обнаружен — замените или почините провод, восстановив его целостность.
Если же никаких видимых причин потери работоспособности не обнаружено, то, скорее всего, мультиметр сгорел. Это могло произойти из-за попытки измерить завышенное напряжение, либо мощного сетевого скачка или других причин.
Источник