Методическая разработка Использование ЦИП для измерения переменных напряжений

Методическая разработка

по ОП.03 Электротехника и электроника

на тему

 «Использование ЦИП для измерения переменных напряжений»

2021

Цель занятия:

1.     Изучить тему Использование ЦИП для измерения переменных напряжений

Время:  2 часа

Место: кабинет Электротехники и электроники

Учебно - материальное обеспечение:

Плакаты, презентации, лабораторное оборудование.

Распределение времени занятия:

Вступительная часть                                                                      5 мин;

Проверка подготовки обучающихся к занятию                             5 мин;

Учебные вопросы занятия                                                              25 мин;

Домашнее задание                                                                         5 мин;

Заключение                                                                                    5 мин.

Содержание занятия

Вступительная часть

–        принять рапорт дежурного по группе;

–        проверить наличие студентов и их готовность к занятию;

–        ответить на вопросы, которые возникли при подготовке к занятию на самостоятельной работе;

–        провести опрос по ранее изученному материалу:

–        Опрос рекомендуется провести устно, задавая вопросы и вызывая одного-двух студентов для ответа,

Использование ЦИП для измерения переменных напряжений

Часто приходится иметь дело с измерением переменных напряжений и токов. Многофункциональные ЦИП – мультиметры выполняют, как правило, на основе ЦВ, дополненных преобразователями входной величины в постоянное напряжение. Эти преобразователи используют в виде сменных блоков. Так как получить при построении мультиметров погрешность меньше, чем при измерении постоянного напряжения, невозможно, то основной проблемой в этом случае является обеспечение высокой точности преобразователей входных величин.

Преобразователи среднего по модулю переменного напряжения (назовем сокращенно ПС) строятся на базе операционных усилителей из-за простоты схемотехнической реализации, возможности использования интегральных микросхем, высоких метрологических характеристик. Для реализации соотношения

                                                                              (9.29)

рассмотрим схему, часто используемую на практике (рис. 9.17,а). Это однополупериодное выпрямительное устройство с разделенными цепями ООС для положительной и отрицательной полуволн входного напряжения. Постоянная составляющая выходного напряжения U_выхx, пропорциональная U_ср, выделяется с помощью фильтра Ф.

Благодаря поочередной работе двух симметричных ветвей с диодами VD₁ и VD₂ и резисторами R₂ и R₃, в каждой из этих ветвей происходит однополупериодное выпрямление, но ток через резистор R₁ является синусоидальным. Важно, что VD₂ оказывается включенным в прямой тракт, а не в цепи ООС, поэтому нелинейность и нестабильность его характеристик почти не влияют на функцию преобразования.

Главным фактором, определяющим погрешность ПС, оказывается нелинейность и нестабильность обратных сопротивлений диодов R_обр. Действительно, с учетом приведенных диаграмм (рис. 9.17,б) имеем

                                                          (9.30)

Если выбрать отношение  то U_вх без учета погрешностей будет равно действующему значению U_x.

Рис. 9.17. Схема преобразователя среднего по модулю переменного напряжения (а)

и его временные диаграммы (б) 

Преобразователи действующего значения напряжения (ПДЗ) должны выполнять достаточно сложный алгоритм преобразования:

                                                                             (9.31)

т.е. возведение в квадрат, усреднение по времени, извлечение корня.

До последних лет схемотехническая реализация таких алгоритмов вызывала трудности и поиски велись по проектированию элементов с квадратичной характеристикой (чаще – термопары).

В последнее время благодаря бурному развитию микроэлектроники были созданы ПДЗ, непосредственно реализующие алгоритм получения действующего значения.

Рис. 9.18. Схема преобразователя действующего значения напряжения 

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

-      подвести итоги занятия;

-      напомнить тему, цели и учебные вопросы;

-      объявить оценки;

-      ответить на вопросы;

-      отметить активность и дисциплину на занятии;

-      дать задание на самоподготовку.

Список используемой литературы

1.       Славинский, А. К. Электротехника с основами электроники : учебное пособие / А. К. Славинский, И. С. Туревский. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 448 с.

2.       Маркелов, С. Н. Электротехника и электроника : учебное пособие / С.Н. Маркелов, Б.Я. Сазанов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 267 с.