35. Измерение мощности методом вольтметра.
Метод вольтметра, относится к электронным методам измерения . Общим для электронных методов является преобразование измеряемой мощности в пропорциональное ей напряжение постоянного или переменного тока и последующее измерение этого напряжения. Основным достоинством электронных методов является их малая инерционность, благодаря чему они используются для прямого измерения и .
Метод вольтметра заключается в измерении с помощью вольтметра напряжения на резисторе, который включается в качестве нагрузки на конце линии передачи. Так как нагрузка должна быть согласована с линией передачи, имеющей характеристическое волновое сопротивление W, то измеряемое значение может быть определено по показанию вольтметра с помощью формул:
, (3.5) при измерении среднего значения мощности , или
(3.6) при измерении импульсной мощности .
Детекторы соответственно должны быть среднеквадратического и амплитудного значений.
При практической реализации этого метода в ваттметрах основные трудности связаны с изготовлением и согласованием нагрузки и детектора вольтметра. Для расширения частотного диапазона детектор конструктивно объединяют с нагрузкой. При этом напряжение снимают либо со всего резистора (а), либо с его части (б), как показано на рисунке 3.5 а, б соответственно:
На практике применяют как полупроводниковые, так и вакуумные детекторы. Частотный диапазон преобразователей с вакуумными диодами ограничивается 2 ГГц. Полупроводниковые диоды в сочетании с пленочными резисторами позволяют расширить частотный диапазон до 18 ГГц.
Рисунок 3.5 – Схематическое устр-во нагрузки и детектора элект-го ваттметра
Основными достоинствами метода вольтметра являются простота и высокая надежность ваттметров, а также возможность измерения малых и больших значений и . Недостатки метода: ограниченный частотный диапазон и низкая точность измерений. Погрешность измерения может достигать ±25 %.
36. Метод преобразования фазового сдвига во временной интервал. Неинтегр-ий цифровой фазометр.
Сущность метода заключается в преобразовании фазового сдвига между двумя гармоническими сигналами и , который необходимо измерить в пропорциональный ему интервал времени . Затем измеряется отношение к периоду сигналов . Математически это выглядит так:
Суть преобразования наглядно поясняется следующими эпюрами (рис 5.4).
Рисунок 5.4 – Временные диаграммы, поясняющие метод преобразования → и работу фазометров
Если гармонические сигналы и (рисунок 5.4,а) с помощью формирующих устройств (аналогично как в ЦЧ) преобразовать в последовательности коротких импульсов и , соответствующие моментам перехода этих сигналов через ноль (рисунок 5.4,б; в соответственно), то полученный интервал времени между ближайшими импульсами одной полярности будет пропорционален (рисунок 5.4,г).
Как видно из рисунка 5.4,г, отношение может быть определено как постоянная составляющая периодической последовательности прямоугольных импульсов и легко измерена аналоговым или цифровым вольтметром. Если же необходимо преобразовать в цифровой код, то это также легко сделать с помощью селектора, управляемого импульсами . Таким образом во всех фазометрах (аналоговых и цифровых), реализующих этот метод, предусматривается образование из и периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью . Наиболее часто это на практике осуществляется с помощью триггеров и поэтому такие фазометры в технической литературе называют триггерными. На практике существуют и другие типы преобразователей. Более того, в практических схемах фазометров могут фиксироваться моменты переходов и через ноль не только в одном положительном направлении, но и в противоположном отрицательном (как на рисунке 5.4 б и в). Такие фазометры называются двухполупериодными. Это позволяет уменьшить погрешность измерения за счет искажения формы сигналов и .
Современные фазометры, реализующие этот метод преобразования в в подавляющем большинстве являются цифровыми (ЦФ). Все варианты схем ЦФ во многом аналогичны ЦВ, реализующим время-имипульсный метод преобразования. Среди них, как и среди ЦВ и ЦЧ, можно выделить
- неинтегрирующие ЦФ (измеряют мгновенное значение за один );
- интегрирующие ЦФ (измеряют среднее за время значение . Неинтегрирующие ЦФ
- образование счетных импульсов с периодом следования
- образование счетных импульсов с периодом следования при одновременном увеличение времени измерения в раз.
Упрощенная структурная схема однополупериодного неинтегрирующего ЦФ, реализующая алгоритм преобразования в в соответствии с выражением (5.9) имеет следующий вид (рисунок 5.5):
Рисунок 5.5 – Структурная схема однополупериодного неинтегрирующего ЦФ
С помощью УУ не только обеспечивается синхронная работа всех узлов, но и ограничивается время измерения значением .
Чтобы получить значение отношения измерение должно проводиться в два этапа: измерение (П в положении 1) и измерение (П в положении 2). При первом измерении на выходе селектора будет пачка импульсов (рисунок 5.4 д). Счетчик зафиксирует число импульсов в пачке с учетом (5.9)
где – период следования импульсов ГСИ.
Как видно из рисунка 5.4, д и полученного выражения (5.10) между и прямо пропорциональная связь и т.к. остальные величины постоянны, то можно получить значение .
Зачем же еще измерять и определять отношение? Это необходимо чтобы исключить зависимость от , так как выражение (5.11) справедливо только для , т.е. измерения можно проводить только на одной фиксированной частоте. При втором измерении
Для вычисления после подстановки значения из (5.12) в (5.11) получаем окончательно:
Таким образом, рассмотренный ЦФ является фактически комбинированным прибором (фазометр-частотомер) и имеет существенные недостатки. Отметим основные способы устранения этих недостатков, позволяющие создавать прямоотсчетные неинтегрирующие ЦФ.
Первый способ виден из соотношения (5.13) и реализуется с помощью арифметического устройства, осуществляющего операцию деления и последующего умножения на 360°. Этапы измерения и можно совместить во времени за счет усложнения схемы ЦФ.
Второй способ имеет несколько схемных модификаций, но все они направлены на достижение кратности периодов и . Если в формуле (5.12) , где n=1,2,3,…, то получим прямоотсчетный ЦФ. Здесь возможны также два варианта:
В заключение отметим, что погрешность измерения при наличии помех возрастает, как и у неинтегрирующих ЦВ. Избавиться от этого можно применив интегрирующий ЦФ.
Метод вольтметра-амперметра
Метод вольтметра-амперметра является косвенным, так как сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым сопротивлением и последующим расчетом его по закону Ома.
Суть метода поясняется схемами на рис. 7.2. Достоинство его состоит в том, что резистор, сопротивление которого измеряется, можно поставить в реальные условия работы, т. е. пропускать через него реально действующий ток, что важно при измерении сопротивлений, значения которых зависят от тока. Например, этим способом можно измерять вольт-амперные характеристики нелинейных двухполюсников, таких как варисторы, терморезисторы и др.
Рис. 7.2. Схемы измерения активного сопротивления: а — методом вольтметра; б — методом амперметра
Действительное значение измеряемого сопротивления
Реальное значение R, измеренное по схемам, приведенным на рис. 7.2, а и б, будет отличаться от действительного Rx из-за конечных значений внутренних сопротивлений приборов Rv и RA, т. е. будет иметь место методическая погрешность.
Для схемы на рис. 7.2, а справедливо равенство
где 1у — ток, протекающий через вольтметр;
Rv— сопротивление вольтметра.
Абсолютная методическая погрешность
Из выражения (7.1) для б следует, что схемой (рис. 7.2, а) следует пользоваться в тех случаях, когда Rv велико по сравнению с Rx, т. е. при измерении малых сопротивлений.
Для схемы на рис. 7.2, б справедливо равенство
где Ra — сопротивление амперметра.
В данном случае относительная методическая погрешность обратно пропорциональна Rx, следовательно, эту схему целесообразно использовать, когда RA
Измерение сопротивления постоянному току
Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются: косвенный метод; метод непосредственной оценки и мостовой метод.
Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности.
Наиболее универсальным из косвенных методов является метод амперметра-вольтметра.
Метод амперметра-вольтметра. Основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения: измерение больших сопротивлений (рис. 1.9,а) и измерение малых сопротивлений (рис. 1.9,б). По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.
Для схемы рис. 1.9,а искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются 
где Rx — измеряемое сопротивление; Rа — сопротивление амперметра.
Для схемы рис. 1.9,6 искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются 
где Rв -сопротивление вольтметра.
Из определения относительных методических погрешностей следует, что измерение по схеме рис. 1.9,а обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а измерение по схеме рис. 1.9,6 — при измерении малых сопротивлений.
Погрешность измерения по данному методу рассчитывается по выражению 
где γв, γa, — классы точности вольтметра и амперметра;
Uп, I п пределы измерения вольтметра и амперметра.
Используемые при измерении приборы должны иметь класс точности не более 0,2. Вольтметр подключают непосредственно к измеряемому сопротивлению. Ток при измерении должен быть таким, чтобы показания отсчитывались по второй половине шкалы. В соответствии с этим выбирается и шунт, применяемый для возможности измерения тока прибором класса 0,2. Во избежании нагрева сопротивления и, соответственно, снижения точности измерений, ток в схеме измерения не должен превышать 20% номинального. 
Рис. 1.9. Схема измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений методом амперметра-вольтметра.
Рекомендуется проводить 3 — 5 измерений при различных значениях тока. За результат, в данном случае, принимается среднее значение измеренных сопротивлений.
При измерениях сопротивления в цепях, обладающих большой индуктивностью, вольтметр следует подключать после того как ток в цепи установится, а отключать до разрыва цепи тока. Это необходимо делать для того, чтобы исключить возможность повреждения вольтметра от ЭДС самоиндукции цепи измерения.
MRU-200 Измеритель параметров заземляющих устройств
измерение сопротивления проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов (металлосвязь) (2p);
измерение сопротивления заземляющих устройств по трёхполюсной схеме (3p);
измерение сопротивления заземляющих устройств по четырехполюсной схеме (4p);
измерение сопротивления многократных заземляющих устройств без разрыва цепи заземлителей (с применением токоизмерительных клещей);
измерение сопротивления заземляющих устройств методом двух клещей;
измерение сопротивления молниезащит (громоотводов) по четырехполюсной схеме импульсным методом;
измерение переменного тока (ток утечки);
измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера с возможностью выбора расстояния между измерительными электродами; высокая помехоустойчивость;
Метод непосредственной оценки. Предполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Измерения омметром дают существенные неточности. По этой причине данный метод используют для приближенных предварительных измерений сопротивлений и для проверки цепей коммутации. На практике применяют омметры типа М57Д, М4125, Ф410 и др. Диапазон измеряемых сопротивлений данных приборов лежит в пределах от 0,1 Ом до 1000 кОм.
Для измерения малых сопротивлений, например сопротивление паек якорных обмоток машин постоянного тока, применяют микроомметры типа М246. Это приборы логометрического типа с оптическим указателем, снабженные специальными самозачищающими щупами.
Также для измерения малых сопротивлений, например переходных сопротивлений контактов выключателей, нашли применение контактомеры. Контактомеры Мосэнерго имеют пределы измерения 0 — 50000 мкОм с погрешностью менее 1,5%. Контактомеры КМС-68, КМС-63 позволяют производить измерения в пределах 500-2500 мкОм с погрешностью менее 5%.
Для измерения сопротивления обмоток силовых трансформаторов, генераторов с достаточно большой точностью применяют потенциометры постоянного тока типа ПП-63, КП-59. Данные приборы используют принцип компенсационного измерения, т. е. падение напряжения на измеряемом сопротивлении уравновешивается известным падением напряжения.
Мостовой метод. Применяют две схемы измерения — схема одинарного моста и схема двойного моста. Соответствующие схемы измерения представлены на рис. 1.10.
Для измерения сопротивлений в диапазоне от 1 Ом до 1 МОм применяют одинарные мосты постоянного тока типа ММВ, Р333, МО-62 и др. Погрешность измерений данными мостами достигает 15% (мост ММВ). В одинарных мостах результат измерения учитывает сопротивление соединительных проводов между мостом и измеряемым сопротивлением. Поэтому сопротивления меньше 1 Ом такими мостами измерить нельзя из-за существенной погрешности. Исключение составляет мост P333, с помощью которого можно производить измерение больших сопротивлений по двухзажимной схеме и малых сопротивлений (до 5 10 Ом) по четырехзажимной схеме. В последней почти исключается влияние сопротивления соединительных проводов, т. к. два из них входят в цепь гальванометра, а два других — в цепь сопротивления плеч моста, имеющих сравнительно большие сопротивления.
Рис. 1.10. Схемы измерительных мостов.
а — одинарного моста; б — двойного моста.
Плечи одинарных мостов выполняют из магазинов сопротивлений, а в ряде случаев (например, мост ММВ) плечи R2, R3 могут быть выполнены из калиброванной проволоки (реохорда), по которой перемещается движок, соединенный с гальванометром. Условие равновесия моста определяется выражением Rх = R3•(R1/R2). С помощью R1 устанавливают отношение R1/R2, обычно кратное 10, а с помощью R3 уравновешивают мост. В мостах с реохордом уравновешивания достигается плавным изменением отношения R3/R2 при фиксированных значениях R1.
В двойных мостах сопротивления соединительных проводов при измерениях неучитываются, что представляет возможность измерять сопротивления до 10-6 Ом. На практике применяют одинарно-двойные мосты типа P329, P3009, МОД-61 и др. с диапазоном измерений от 10-8 Ом до 104 МОм с погрешностью измерения 0,01 — 2%.
В этих мостах равновесие достигается изменением сопротивлений R1, R2, R3 и R4. При этом достигается равенства R1 = R3 и R2 = R4. Условие равновесия моста определяется выражением Rх= RN•(R1/R2). Здесь сопротивление RN — образцовое сопротивление, составная часть моста. К измеряемому сопротивлению Rх подсоединяют четыре провода: провод 2 — продолжение цепи питания моста, его сопротивление не отражается на точности измерений; провода 3 и 4 включены последовательно с сопротивлениями R1 и R2 величиной больше 10 Ом, так что их влияние ограничено; провод 1 является составной частью моста и его следует выбирать как можно короче и толще.
При измерениях сопротивления в цепях, обладающих большой индуктивностью, во избежание ошибок и для предотвращения повреждений гальванометра необходимо производить измерения при установившемся токе, а отключение — до разрыва цепи тока.
Измерение сопротивления постоянному току независимо от метода измерения производят при установившемся тепловом режиме, при котором температура окружающей среды отличается от температуры измеряемого объекта не более чем на ±3°С. Для перевода измеренного сопротивления к другой температуре (например, с целью сравнения, к 15°С) применяют формулы пересчета.
На методе амперметра-вольтметра основаны измерения приборами СОНЭЛ. Измерение больших сопротивлений — это измерители сопротивления электроизоляции серии MIC , малых сопротивлений — это микроомметры MMR-600, MMR-610 и др.. Измерители MMR оснащены источниками стабилизированого тока, аналогово-цифровыми преобразователями, токовыми и потенциальными разъемами подключения, переключателем направления тока для исключения погрешностей измерения в случаях с термо-ЭДС, управление от микроконтроллера, цифровая индикация результатов, связь с компьютером.
Погрешность измерения — 0,25 % с разрешением от 0,1 мкОм (MMR-610).
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Метод вольтметра-амперметра достаточно прост, но не обеспечивает высокой точности. Сопротивления потерь измеряемых реактивных элементов, паразитные реактивные сопротивления резисторов, собственные емкость катушки и индуктивность выводов конденсатора, несинусоидальность напряжения источника питания — все эти факторы определяют погрешности метода. [3]
Метод вольтметра-амперметра применим и для измерений индуктивности какой-либо катушки. [4]
Метод вольтметра-амперметра ( рис. 10 — 16) позволяет с большой точностью определять емкость кабеля, если ее величина С: з 0 1 мкф. [6]
Метод вольтметра-амперметра весьма прост, но довольно груб. Основные источники погрешностей его: 1) относительно невысокая точность приборов, обычно применяемых для измерения тока / и напряжения U 2) параллельно измеряемому сопротивлению Z присоединяется сопротивление вольтметра, вследствие чего результат измерения Z получается с преуменьшением; 3 термоамперметр измеряет ток /, равный сумме токов, проходящих через измеряемое сопротивление и через вольтметр. [7]
Метод вольтметра-амперметра является косвенным, так как сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым объектом и последующим расчетом его параметров по закону Ома. [9]
Методом вольтметра-амперметра пользуются только при измерении больших индуктивностей. Этим методом измеряют индуктивности обмоток низкочастотных дросселей, трансформаторов на частоте 50, 400 или 1000 Гц. При измерении индуктивности Lx катушек ( рис. 27) со стальным сердечником, работающих с подмагничиванием, учитывают, что в результате протекания через их обмотку тока подмагни-чивания происходит насыщение сердечника. Значение действующей индуктивности катушки при этом резко уменьшается. Поэтому для измерения индуктивности таких катушек методом вольтметра-амперметра через их обмотку пропускают как переменный, так и постоянный ток. [11]
Сущность метода вольтметра-амперметра для измерения емкости, индуктивности и взаимной индуктивности заключается в определении реактивного сопротивления измеряемых величин по протекающему току, который отсчитывают по амперметру, и напряжению, которое отсчитывают по вольтметру. Сопротивлением потерь конденсатора или катушки обычно пренебрегают. [13]
Измерение сопротивлений методом вольтметра-амперметра по соотношению 2 UII в промышленных приборах сводится по существу к измерению одной величины, например тока, в то время как другая величина поддерживается строго постоянной. Таким образом, структурная схема прибора должна иметь источник постоянного ( по амплитуде) напряжения и измеритель тока. Чаще измеряется падение напряжения, пропорциональное току, и прибор содержит измеритель напряжения. [15]