Краткое руководство

Инструменты, которые используются для измерения любых величин, известны как измерительные приборы. В этом руководстве рассматриваются в основномelectronic instruments, которые полезны для измерения электрических величин или параметров.

Ниже приведены наиболее часто используемые электронные инструменты.

  • Voltmeter
  • Ammeter
  • Ohmmeter
  • Multimeter

Теперь давайте кратко обсудим эти инструменты.

Вольтметр

Как следует из названия, voltmeterпредставляет собой измерительный прибор, который измеряет напряжение в любых двух точках электрической цепи. Есть два типа вольтметров: вольтметр постоянного тока и вольтметр переменного тока.

Вольтметр постоянного тока измеряет напряжение постоянного тока в любых двух точках электрической цепи, тогда как вольтметр переменного тока измеряет напряжение переменного тока в любых двух точках электрической цепи. Примерpractical DC voltmeter показано на рисунке ниже.

Вольтметр постоянного тока, показанный на рисунке выше, представляет собой $(0-100)V$ DC voltmeter. Следовательно, его можно использовать для измерения постоянного напряжения от нуля до 10 вольт.

Амперметр

Как следует из названия, ammeterпредставляет собой измерительный прибор, который измеряет ток, протекающий через любые две точки электрической цепи. Есть два типа амперметров: амперметр постоянного тока и амперметр переменного тока.

Амперметр постоянного тока измеряет постоянный ток, протекающий через любые две точки электрической цепи. Амперметр переменного тока измеряет переменный ток, протекающий через любые две точки электрической цепи. Примерpractical AC ammeter показано на рисунке ниже -

Амперметр переменного тока, показанный на рисунке выше, является $(0-100)A \:$ AC ammeter. Следовательно, его можно использовать для измерения переменного тока от нуля до 100 ампер.

Омметр

Ohmmeterиспользуется для измерения сопротивления между любыми двумя точками электрической цепи. Его также можно использовать для определения номинала неизвестного резистора. Есть два типа омметров: последовательный омметр и шунтирующий омметр.

В омметре последовательного типа резистор, значение которого неизвестно и подлежит измерению, следует подключать последовательно с омметром. Это полезно для измеренияhigh values of resistances.

В омметре шунтового типа резистор, значение которого неизвестно и подлежит измерению, должен быть подключен параллельно (шунт) с омметром. Это полезно для измеренияlow values of resistances.

Пример practical shunt ohmmeterпоказано на рисунке выше. Омметр, показанный на рисунке выше, представляет собой$(0-100)\Omega$ shunt ohmmeter. Следовательно, его можно использовать для измерения значений сопротивления от нуля до 100 Ом.

Мультиметр

Multimeterпредставляет собой электронный прибор, используемый для измерения таких величин, как напряжение, ток и сопротивление по одному. Его можно использовать для измерения постоянного и переменного напряжения, постоянного и переменного тока и сопротивления в нескольких диапазонах. Практичный мультиметр показан на следующем рисунке -

Как показано на рисунке, этот мультиметр можно использовать для измерения различных высоких сопротивлений, низких сопротивлений, напряжения постоянного тока, напряжения переменного тока, постоянного и переменного тока. Различные масштабы и диапазон значений для каждой из этих величин отмечены на рисунке выше.

Инструменты, которые мы рассматривали в этой главе, относятся к indicating type instruments, поскольку указатели этих инструментов отклоняются и указывают на определенное значение. Мы подробно обсудим эти электронные измерительные приборы в следующих главах.

Характеристики измерительных приборов, которые помогают узнать характеристики прибора и помогают в измерении любой величины или параметра, известны как Performance Characteristics.

Типы тактико-технических характеристик

Тактико-технические характеристики приборов можно разделить на следующие two types.

  • Статические характеристики
  • Динамические характеристики

Теперь давайте обсудим эти два типа характеристик один за другим.

Статические характеристики

Характеристики средств измерения величин или параметров, которые do not varyпо времени называются статическими характеристиками. Иногда эти количества или параметры могут медленно изменяться во времени. Ниже приводится списокstatic characteristics.

  • Accuracy
  • Precision
  • Sensitivity
  • Resolution
  • Статическая ошибка

Теперь давайте обсудим эти статические характеристики одну за другой.

Точность

Алгебраическая разница между указанным значением инструмента $ A_ {i} $ и истинным значением $ A_ {t} $ называется accuracy. Математически это можно представить как -

$$ Точность = A_ {i} - A_ {t} $$

Термин «точность» означает, насколько указанное значение инструмента $ A_ {i} $ ближе к истинному значению $ A_ {t} $.

Статическая ошибка

Разница между истинным значением $ A_ {t} $ величины, которая не меняется во времени, и указанным значением инструмента, $ A_ {i} $, называется static error, $ e_ {s} $. Математически это можно представить как -

$$ e_ {s} = A_ {t} - A_ {i} $$

Термин «статическая погрешность» означает неточность прибора. Если статическая ошибка представлена ​​в процентах, то она называетсяpercentage of static error. Математически это можно представить как -

$$ \% e_ {s} = \ frac {e_ {s}} {A_ {t}} \ times 100 $$

Подставьте значение $ e_ {s} $ в правую часть приведенного выше уравнения -

$$ \% e_ {s} = \ frac {A_ {t} - A_ {i}} {A_ {t}} \ times 100 $$

Где,

$ \% e_ {s} $ - процент статической ошибки.

Точность

Если инструмент показывает одно и то же значение неоднократно, когда он используется для измерения одной и той же величины в одних и тех же обстоятельствах любое количество раз, то мы можем сказать, что инструмент имеет высокий precision.

Чувствительность

Отношение изменения выхода, $ \ Delta A_ {out} $ инструмента для данного изменения входа, $ \ Delta A_ {in} $, которое должно быть измерено, называется sensitivity, S. Математически это можно представить как -

$$ S = \ frac {\ Delta A_ {out}} {\ Delta A_ {in}} $$

Термин " чувствительность" означает наименьшее изменение измеряемого входа, которое требуется для отклика прибора.

  • Если калибровочная кривая linear, тогда чувствительность прибора будет постоянной и равна наклону калибровочной кривой.

  • Если калибровочная кривая non-linear, тогда чувствительность прибора не будет постоянной и будет варьироваться в зависимости от входа.

разрешение

Если выходной сигнал инструмента будет изменяться только тогда, когда есть определенное приращение ввода, то это приращение ввода называется Resolution. Это означает, что прибор способен эффективно измерять вход, когда есть разрешение входа.

Динамические характеристики

Характеристики инструментов, которые используются для измерения величин или параметров, которые очень быстро меняются во времени, называются динамическими характеристиками. Ниже приводится списокdynamic characteristics.

  • Скорость ответа
  • Динамическая ошибка
  • Fidelity
  • Lag

Теперь давайте обсудим эти динамические характеристики по очереди.

Скорость ответа

Скорость, с которой прибор реагирует на любое изменение измеряемой величины, называется speed of response. Он показывает, насколько быстро инструмент.

Отставание

Величина задержки, присутствующая в ответе прибора при изменении измеряемой величины, называется задержкой измерения. Его также просто называютlag.

Динамическая ошибка

Разница между истинным значением, $ A_ {t} $ величины, которая изменяется во времени, и указанным значением инструмента, $ A_ {i} $, известна как динамическая ошибка, $ e_ {d} $.

Верность

Степень, в которой прибор показывает изменения измеряемой величины без какой-либо динамической ошибки, известна как Fidelity

Ошибки, возникающие во время измерения, известны как measurement errors. В этой главе давайте обсудим типы ошибок измерения.

Типы ошибок измерения

Мы можем разделить ошибки измерения на следующие три типа.

  • Грубые ошибки
  • Случайные ошибки
  • Систематические ошибки

Теперь давайте обсудим эти три типа ошибок измерения один за другим.

Грубые ошибки

Ошибки, возникающие из-за отсутствия у наблюдателя опыта при измерении значений, известны как gross errors. Значения грубых ошибок будут варьироваться от наблюдателя к наблюдателю. Иногда грубые ошибки также могут возникать из-за неправильного выбора инструмента. Мы можем минимизировать грубые ошибки, выполнив эти два шага.

  • Выберите наиболее подходящий инструмент в зависимости от диапазона измеряемых значений.
  • Внимательно запишите показания

Систематические ошибки

Если прибор выдает ошибку, которая имеет постоянное равномерное отклонение во время его работы, называется systematic error. Систематические ошибки возникают из-за характеристик материалов, используемых в приборе.

Types of Systematic Errors

Систематические ошибки можно разделить на следующие three types.

  • Instrumental Errors - Этот тип ошибок возникает из-за недостатков инструментов и эффектов нагрузки.

  • Environmental Errors - Этот тип ошибок возникает из-за изменений в окружающей среде, таких как изменение температуры, давления и т. Д.

  • observational Errors - Этот тип ошибок возникает по вине наблюдателя при снятии показаний счетчика. Parallax errors относятся к этому типу ошибок.

Случайные ошибки

Ошибки, возникающие из-за неизвестных источников во время измерения, известны как random errors. Следовательно, невозможно устранить или минимизировать эти ошибки. Но если мы хотим получить более точные значения измерений без какой-либо случайной ошибки, то это возможно, выполнив эти два шага.

  • Step1 - Возьмите большее количество чтений разными наблюдателями.

  • Step2 - Проведите статистический анализ показаний, полученных на этапе 1.

Ниже приведены параметры, которые используются в статистическом анализе.

  • Mean
  • Median
  • Variance
  • Deviation
  • Среднеквадратичное отклонение

Теперь давайте обсудим эти statistical parameters.

Значить

Пусть $ x_ {1}, x_ {2}, x_ {3}, ...., x_ {N} $ - это $ N $ показаний конкретного измерения. Среднее илиaverage value из этих показаний можно рассчитать по следующей формуле.

$$ m = \ frac {x_ {1} + x_ {2} + x_ {3} + .... + x_ {N}} {N} $$

Где $ m $ - среднее или среднее значение.

Если количество показаний конкретного измерения больше, то среднее или среднее значение будет примерно равно true value

Медиана

Если количество показаний конкретного измерения больше, то вычислить среднее или среднее значение затруднительно. Здесь рассчитайтеmedian value и будет примерно равно среднему значению.

Для вычисления медианного значения сначала мы должны расположить показания конкретного измерения в ascending order. Мы можем вычислить медианное значение, используя следующую формулу, когда количество показаний равноodd number.

$$ M = x _ {\ left (\ frac {N + 1} {2} \ right)} $$

Мы можем вычислить медианное значение, используя следующую формулу, когда количество показаний равно even number.

$$ M = \ frac {x _ {\ left (N / 2 \ right)} + x_ \ left (\ left [N / 2 \ right] +1 \ right)} {2} $$

Отклонение от среднего

Разница между показанием конкретного измерения и средним значением называется отклонением от среднего . Вкратце это называется отклонением . Математически это можно представить как

$$ d_ {i} = x_ {i} -m $$

Где,

$ d_ {i} $ - это отклонение значения $ i ^ {th} $ от среднего.

$ x_ {i} $ - это значение чтения $ i ^ {th} $.

$ m $ - среднее или среднее значение.

Среднеквадратичное отклонение

Среднеквадратичное отклонение называется standard deviation. Математически это можно представить как

$$ \ sigma = \ sqrt {\ frac {{d_ {1}} ^ {2} + {d_ {2}} ^ {2} + {d_ {3}} ^ {2} + .... + { d_ {N}} ^ {2}} {N}} $$

Приведенная выше формула действительна, если количество отсчетов N больше или равно 20. Мы можем использовать следующую формулу для стандартного отклонения, когда количество отсчетов N меньше 20.

$$ \ sigma = \ sqrt {\ frac {{d_ {1}} ^ {2} + {d_ {2}} ^ {2} + {d_ {3}} ^ {2} + .... + { d_ {N}} ^ {2}} {N-1}} $$

Где,

$ \ sigma $ - стандартное отклонение

$ d_ {1}, d_ {2}, d_ {3},…, d_ {N} $ - это отклонения первого, второго, третьего,…, $ N ^ {th} $ показаний от среднего значения соответственно.

Note - Если значение стандартного отклонения невелико, то точность считывания значений измерения будет выше.

Дисперсия

Квадрат стандартного отклонения называется variance. Математически это можно представить как

$$ V = \ sigma ^ {2} $$

Где,

$ V $ - дисперсия

$ \ sigma $ - стандартное отклонение

Средний квадрат отклонения также называют variance. Математически это можно представить как

$$ V = \ frac {{d_ {1}} ^ {2} + {d_ {2}} ^ {2} + {d_ {3}} ^ {2} + .... + {d_ {N} } ^ {2}} {N} $$

Приведенная выше формула действительна, если количество показаний N больше или равно 20. Мы можем использовать следующую формулу для дисперсии, когда количество показаний N меньше 20.

$$ V = \ frac {{d_ {1}} ^ {2} + {d_ {2}} ^ {2} + {d_ {3}} ^ {2} + .... + {d_ {N} } ^ {2}} {N-1} $$

Где,

$ V $ - дисперсия

$ d_ {1}, d_ {2}, d_ {3},…, d_ {N} $ - это отклонения первого, второго, третьего,…, $ N ^ {th} $ показаний от среднего значения соответственно.

Итак, с помощью статистических параметров мы можем проанализировать показания конкретного измерения. Таким образом мы получим более точные значения измерений.

Инструменты, используемые для измерения любых величин, известны как measuring instruments. Если инструменты могут измерять основные электрические величины, такие как напряжение и ток, известны какbasic measuring instruments.

Типы основных средств измерений

Мы можем разделить основные измерительные инструменты на следующие два типа.

  • Voltmeters
  • Ammeters

Давайте кратко обсудим эти два основных измерительных прибора.

Вольтметры

Как следует из названия, voltmeterпредставляет собой измерительный прибор, который измеряет напряжение в любых двух точках электрической цепи. Единицы измерения напряжения - вольты, а измерительным прибором - метр. Следовательно, слово «вольтметр» получается объединением двух слов“volt” и “meter”.

Мы можем разделить вольтметры на следующие two types в зависимости от типа измеряемого напряжения.

  • Вольтметры постоянного тока
  • Вольтметры переменного тока

Вольтметр постоянного тока

Как следует из названия, вольтметр постоянного тока измеряет DC voltageчерез любые две точки электрической цепи. Практичный вольтметр постоянного тока показан на рисунке ниже.

Показанный на рисунке вольтметр постоянного тока представляет собой $(0-10)V$ DC voltmeter. Следовательно, его можно использовать для измерения постоянного напряжения от нуля до 10 вольт.

Вольтметр переменного тока

Как следует из названия, вольтметр переменного тока измеряет AC voltageчерез любые две точки электрической цепи. Практичный вольтметр переменного тока показан на рисунке ниже.

Вольтметр переменного тока, показанный на рисунке выше, представляет собой $(0-250)V$ AC voltmeter. Следовательно, его можно использовать для измерения напряжения переменного тока от нуля до 250 вольт.

Амперметры

Как следует из названия, ammeterпредставляет собой измерительный прибор, который измеряет ток, протекающий через любые две точки электрической цепи. Единица измерения тока - ампер, измерительный прибор - метр. Слово «амперметр» получается путем объединения“am” ампер с “meter”.

Мы можем разделить амперметры на следующие two types в зависимости от типа тока, который он может измерять.

  • Амперметры постоянного тока
  • Амперметры переменного тока

Амперметр постоянного тока

Как следует из названия, амперметр постоянного тока измеряет DC currentкоторый протекает через любые две точки электрической цепи. Практический амперметр постоянного тока показан на рисунке.

Амперметр постоянного тока, показанный на рисунке выше, представляет собой $(0-50)A$ DC ammeter. Следовательно, его можно использовать для измерения постоянного тока от нуля до 50 ампер.

Амперметр переменного тока

Как следует из названия, амперметр переменного тока измеряет AC currentкоторый протекает через любые две точки электрической цепи. Практический амперметр переменного тока показан на рисунке ниже.

Амперметр переменного тока, показанный на рисунке выше, является $(0-100)A$ AC ammeter. Следовательно, его можно использовать для измерения переменного тока от нуля до 100 ампер.

Мы подробно обсудим различные вольтметры и амперметры в следующих нескольких главах.

Вольтметр постоянного тока - это измерительный прибор, который используется для измерения постоянного напряжения в любых двух точках электрической цепи. Если мы разместим резистор последовательно с гальванометром с подвижной катушкой с постоянным магнитом (PMMC), тогда вся комбинация будет действовать какDC voltmeter.

Последовательное сопротивление, которое используется в вольтметре постоянного тока, также называется последовательным сопротивлением умножителя или просто умножителем. Он в основном ограничивает количество тока, протекающего через гальванометр, чтобы предотвратить превышение током измерителя значения отклонения полной шкалы. Вcircuit diagram вольтметра постоянного тока показан на рисунке ниже.

Мы должны разместить этот вольтметр постоянного тока в двух точках электрической цепи, где должно быть измерено напряжение постоянного тока.

Применять KVL вокруг петли вышеуказанной схемы.

$ V-I_ {m} R_ {se} -I_ {m} R_ {m} = 0 $ (Уравнение 1)

$$ \ Rightarrow V-I_ {m} R_ {m} = I_ {m} R_ {se} $$

$$ \ Rightarrow R_ {se} = \ frac {V-I_ {m} R_ {m}} {I_ {m}} $$

$ \ Rightarrow R_ {se} = \ frac {V} {I_ {m}} - R_ {m} $ (Уравнение 2)

Где,

$ R_ {se} $ - сопротивление множителя серии

$ V $ - измеряемое постоянное напряжение во всем диапазоне.

$ I_ {m} $ - ток отклонения полной шкалы

$ R_ {m} $ - внутреннее сопротивление гальванометра.

Отношение полного диапазона постоянного напряжения, которое необходимо измерить, $ V $, и падения постоянного напряжения на гальванометре, $ V_ {m} $, называется multiplying factor, м. Математически это можно представить как

$ m = \ frac {V} {V_ {m}} $ (Уравнение 3)

Из уравнения 1 мы получим следующее уравнение для full range DC voltage то есть, $ V $.

$ V = I_ {m} R_ {se} + I_ {m} R_ {m} $ (Уравнение 4)

В DC voltage dropна гальванометре $ V_ {m} $ - это произведение тока отклонения полной шкалы $ I_ {m} $ и внутреннего сопротивления гальванометра $ R_ {m} $. Математически это можно записать как

$ V_ {m} = I_ {m} R_ {m} $ (Уравнение 5)

Substitute, Уравнение 4 и уравнение 5 в уравнении 3.

$$ m = \ frac {I_ {m} R_ {se} + I_ {m} R_ {m}} {I_ {m} R_ {m}} $$

$ \ Rightarrow m = \ frac {R_ {se}} {R_ {m}} + 1 $

$ \ Rightarrow m-1 = \ frac {R_ {se}} {R_ {m}} $

$ R_ {se} = R_ {m} \ left (m-1 \ right) $ (Уравнение 6)

Мы можем найти value of series multiplier resistance с помощью уравнения 2 или 6 на основе имеющихся данных.

Многодиапазонный вольтметр постоянного тока

В предыдущем разделе мы обсуждали вольтметр постоянного тока, который получается подключением резистора умножителя последовательно с гальванометром PMMC. Этот вольтметр постоянного тока можно использовать для измеренияparticular range постоянного напряжения.

Если мы хотим использовать вольтметр постоянного тока для измерения постоянного напряжения multiple rangesто мы должны использовать несколько параллельных резисторов умножителя вместо одного резистора умножителя, и вся эта комбинация резисторов включена последовательно с гальванометром PMMC. Вcircuit diagram Многодиапазонный вольтметр постоянного тока показан на рисунке ниже.

Мы должны разместить это multi range DC voltmeterв двух точках электрической цепи, где должно измеряться постоянное напряжение требуемого диапазона. Мы можем выбрать желаемый диапазон напряжений, подключив переключатель s к соответствующему резистору умножителя.

Пусть $ m_ {1}, m_ {2}, m_ {2} $ и $ m_ {4} $ являются multiplying factorsвольтметра постоянного тока, когда мы рассматриваем полнодиапазонное измерение постоянного напряжения как $ V_ {1}, V_ {2}, V_ {3} $ и $ V_ {4} $ соответственно. Ниже приведены формулы, соответствующие каждому коэффициенту умножения.

$$ m_ {1} = \ frac {V_ {1}} {V_ {m}} $$

$$ m_ {2} = \ frac {V_ {2}} {V_ {m}} $$

$$ m_ {3} = \ frac {V_ {3}} {V_ {m}} $$

$$ m_ {4} = \ frac {V_ {4}} {V_ {m}} $$

В приведенной выше схеме четыре series multiplier resistors, $ R_ {se1}, R_ {se2}, R_ {se3} $ и $ R_ {se4} $. Ниже приведены формулы, соответствующие этим четырем резисторам.

$$ R_ {se1} = R_ {m} \ left (m_ {1} -1 \ right) $$

$$ R_ {se2} = R_ {m} \ left (m_ {2} -1 \ right) $$

$$ R_ {se3} = R_ {m} \ left (m_ {3} -1 \ right) $$

$$ R_ {se4} = R_ {m} \ left (m_ {4} -1 \ right) $$

Итак, мы можем найти значения сопротивления каждого последовательного резистора умножителя, используя приведенные выше формулы.

Прибор, который используется для измерения напряжения переменного тока в любых двух точках электрической цепи, называется AC voltmeter. Если вольтметр переменного тока состоит из выпрямителя, то он называется вольтметром переменного тока на основе выпрямителя.

Вольтметр постоянного тока измеряет только постоянное напряжение. Если мы хотим использовать его для измерения напряжения переменного тока, мы должны выполнить эти два шага.

  • Step1 - Преобразуйте сигнал напряжения переменного тока в сигнал напряжения постоянного тока с помощью выпрямителя.

  • Step2 - Измерьте постоянный ток или среднее значение выходного сигнала выпрямителя.

Мы получили Rectifier based AC voltmeter, просто включив схему выпрямителя в основной вольтметр постоянного тока. В этой главе рассказывается о вольтметрах переменного тока на основе выпрямителя.

Типы выпрямительных вольтметров переменного тока

Ниже приведены two types выпрямительных вольтметров переменного тока.

  • Вольтметр переменного тока с использованием полуволнового выпрямителя
  • Вольтметр переменного тока с использованием полноволнового выпрямителя

Теперь давайте поговорим об этих двух вольтметрах переменного тока один за другим.

Вольтметр переменного тока с использованием полуволнового выпрямителя

Если перед вольтметром постоянного тока подключен однополупериодный выпрямитель, то вся эта комбинация называется вольтметром переменного тока с использованием полуволнового выпрямителя. Вblock diagram Вольтметра переменного тока с использованием полуволнового выпрямителя показано на рисунке ниже.

Представленная выше блок-схема состоит из двух блоков: однополупериодного выпрямителя и вольтметра постоянного тока. Мы получим соответствующую принципиальную схему, просто заменив каждый блок соответствующим компонентом (ами) на приведенной выше блок-схеме. Так чтоcircuit diagram вольтметра переменного тока с использованием полуволнового выпрямителя будет выглядеть, как показано на рисунке ниже.

В rms value синусоидального (переменного) сигнала входного напряжения составляет

$$ V_ {rms} = \ frac {V_ {m}} {\ sqrt {2}} $$

$$ \ Rightarrow V_ {m} = \ sqrt {2} V_ {rms} $$

$$ \ Rightarrow V_ {m} = 1,414 V_ {rms} $$

Где,

$ V_ {m} $ - максимальное значение синусоидального (переменного) входного сигнала напряжения.

В DC или среднее значение выходного сигнала полуволнового выпрямителя равно

$$ V_ {dc} = \ frac {V_ {m}} {\ pi} $$

Substitute, значение $ V_ {m} $ в приведенном выше уравнении.

$$ V_ {dc} = \ frac {1,414 V_ {rms}} {\ pi} $$

$$ V_ {dc} = 0,45 V_ {rms} $$

Следовательно, вольтметр переменного тока выдает выходное напряжение, равное 0.45 умноженное на среднеквадратичное значение синусоидального (переменного) входного сигнала напряжения

Вольтметр переменного тока с использованием полноволнового выпрямителя

Если двухполупериодный выпрямитель подключен перед вольтметром постоянного тока, тогда вся эта комбинация вместе называется вольтметром переменного тока с использованием двухполупериодного выпрямителя. Вblock diagram Вольтметра переменного тока с использованием двухполупериодного выпрямителя показано на рисунке ниже.

Приведенная выше блок-схема состоит из двух блоков: двухполупериодного выпрямителя и вольтметра постоянного тока. Мы получим соответствующую принципиальную схему, просто заменив каждый блок соответствующим компонентом (ами) на приведенной выше блок-схеме.

Так что circuit diagram Вольтметра переменного тока с использованием двухполупериодного выпрямителя будет выглядеть, как показано на рисунке ниже.

В rms value синусоидального (переменного) сигнала входного напряжения составляет

$$ V_ {rms} = \ frac {V_ {m}} {\ sqrt {2}} $$

$$ \ Rightarrow V_ {m} = \ sqrt {2} \: V_ {rms} $$

$$ \ Rightarrow V_ {m} = 1,414 V_ {rms} $$

Где,

$ V_ {m} $ - максимальное значение синусоидального (переменного) входного сигнала напряжения.

В DC или среднее значение выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя равно

$$ V_ {dc} = \ frac {2V_ {m}} {\ pi} $$

Substitute, значение $ V_ {m} $ в приведенном выше уравнении

$$ V_ {dc} = \ frac {2 \ times 1.414 \: V_ {rms}} {\ pi} $$

$$ V_ {dc} = 0,9 \: V_ {rms} $$

Следовательно, вольтметр переменного тока выдает выходное напряжение, равное 0.9 умноженное на действующее значение синусоидального (переменного) входного сигнала напряжения.

В предыдущей главе мы обсуждали выпрямительные вольтметры переменного тока. В этой главе рассматриваются следующие два типа вольтметров переменного тока.

  • Пиковый вольтметр переменного тока
  • Вольтметр переменного тока с истинным среднеквадратичным значением

Теперь давайте обсудим эти два типа вольтметров переменного тока один за другим.

Пиковый вольтметр переменного тока

Как следует из названия, пиковый вольтметр переменного тока реагирует на peak valuesсигнала напряжения переменного тока. Это означает, что этот вольтметр измеряет пиковые значения переменного напряжения. Вcircuit diagram пикового отклика вольтметра переменного тока показан ниже -

Вышеупомянутая схема состоит из диода, конденсатора, усилителя постоянного тока и гальванометра PMMC. Диод, присутствующий в приведенной выше схеме, используется для выпрямления. Таким образом, диод преобразует сигнал переменного напряжения в сигнал постоянного напряжения. Конденсатор заряжается до пикового значения этого сигнала постоянного напряжения.

В течение positive half cycleсигнала переменного напряжения, диод проводит и конденсатор заряжается до пикового значения сигнала переменного напряжения. Когда значение сигнала напряжения переменного тока меньше этого значения, диод будет смещен в обратном направлении.

Таким образом, конденсатор будет разряжаться через резистор усилителя постоянного тока до следующего положительного полупериода сигнала переменного напряжения. Когда значение сигнала напряжения переменного тока превышает напряжение конденсатора, диод проводит ток, и процесс повторяется.

Мы должны выбирать значения компонентов таким образом, чтобы конденсатор заряжался быстро и медленно разряжался. В результате счетчик всегда реагирует на это напряжение конденсатора, т.е.peak value of AC voltage.

Вольтметр переменного тока с истинным среднеквадратичным значением

Как следует из названия, вольтметр переменного тока с истинным среднеквадратичным значением реагирует на истинные среднеквадратичные значения сигнала напряжения переменного тока. Этот вольтметр измеряет среднеквадратичные значения переменного напряжения. Вcircuit diagram Вольтметр переменного тока с истинным среднеквадратичным значением показан на рисунке ниже.

Вышеупомянутая схема состоит из усилителя переменного тока, двух термопар, усилителя постоянного тока и гальванометра PMMC. Усилитель переменного тока усиливает сигнал напряжения переменного тока. В приведенной выше схеме используются две термопары: измерительная термопара и балансировочная термопара.Measuring thermocouple производит выходное напряжение, которое пропорционально среднеквадратичному значению сигнала переменного напряжения.

Любая термопара преобразует квадрат входной величины в нормальную величину. Это означает, что существует нелинейная зависимость между выходом и входом термопары. Эффектом нелинейного поведения термопары можно пренебречь, если использовать другую термопару в цепи обратной связи. Термопара, которая используется для этой цели в приведенной выше схеме, известна какbalancing thermocouple.

Две термопары, а именно измерительная термопара и балансировочная термопара, вместе образуют «невесту» на входе усилителя постоянного тока. В результате счетчик всегда реагирует наtrue RMS value сигнала напряжения переменного тока.

Ток - это скорость протекания электрического заряда. Если этот электрический заряд течет только в одном направлении, то результирующий ток называется постоянным током (DC). Инструмент, который используется для измерения постоянного тока, называетсяDC ammeter.

Если мы разместим резистор параллельно гальванометру с подвижной катушкой с постоянным магнитом (PMMC), тогда вся комбинация будет действовать как амперметр постоянного тока. Параллельное сопротивление, которое используется в амперметре постоянного тока, также называется шунтирующим сопротивлением или просто,shunt. Значение этого сопротивления следует считать небольшим, чтобы измерить постоянный ток большой величины.

В circuit diagram амперметра постоянного тока показан на рисунке ниже.

Мы должны разместить это DC ammeterпоследовательно с ответвлением электрической цепи, где должен измеряться постоянный ток. Напряжение на элементах, соединенных параллельно, одинаковое. Итак, напряжение на шунтирующем резисторе $ R_ {sh} $ и напряжение на сопротивлении гальванометра $ R_ {m} $ одинаковы, поскольку эти два элемента соединены параллельно в указанной выше схеме.Mathematically, это можно записать как

$$ I_ {sh} R_ {sh} = I_ {m} R_ {m} $$

$ \ Rightarrow R_ {sh} = \ frac {I_ {m} R_ {m}} {I_ {sh}} $ (Уравнение 1)

В KCL equation в узле 1

$$ - I + I_ {sh} + I_ {m} = 0 $$

$$ \ Rightarrow I_ {sh} = I-I_ {m} $$

Substitute значение $ I_ {sh} $ в уравнении 1.

$ R_ {sh} = \ frac {I_ {m} R_ {m}} {I-I_ {m}} $ (Уравнение 2)

Возьмите $ I_ {m} $ как общее в знаменателе, который присутствует в правой части уравнения 2.

$$ R_ {sh} = \ frac {I_ {m} R_ {m}} {I_ {m} (\ frac {1} {I_ {m}} - 1)} $$

$ \ Rightarrow R_ {sh} = \ frac {R_ {m}} {\ frac {I} {I_ {m}} - 1} $ (Уравнение 3)

Где,

$ R_ {sh} $ - сопротивление шунта

$ R_ {m} $ - внутреннее сопротивление гальванометра.

$ I $ - это общий постоянный ток, который необходимо измерить.

$ I_ {m} $ - ток отклонения полной шкалы

Отношение общего постоянного тока, который должен быть измерен, $ I $, и полного отклоняющего тока гальванометра, $ I_ {m} $, называется multiplying factor, m. Математически это можно представить как

$ m = \ frac {I} {I_ {m}} $ (Уравнение 4)

$ R_ {sh} = \ frac {R_ {m}} {m-1} $ (Уравнение 5)

Мы можем найти value of shunt resistance с помощью уравнения 2 или 5 на основе имеющихся данных.

Многодиапазонный амперметр постоянного тока

В предыдущем разделе мы обсуждали амперметр постоянного тока, который получается подключением резистора параллельно гальванометру PMMC. Этот амперметр постоянного тока можно использовать для измеренияparticular range постоянного тока.

Если мы хотим использовать амперметр постоянного тока для измерения постоянного тока multiple ranges, то мы должны использовать несколько параллельных резисторов вместо одного резистора, и вся эта комбинация резисторов параллельна гальванометру PMMC. Вcircuit diagram Многодиапазонный амперметр постоянного тока показан на рисунке ниже.

Подключите этот многодиапазонный амперметр постоянного тока последовательно к ветви электрической цепи, где должен измеряться постоянный ток требуемого диапазона. Требуемый диапазон токов выбирается путем подключения переключателя s к соответствующему шунтирующему резистору.

Пусть $ m_ {1}, m_ {2}, m_ {3} $ и $ m_ {4} $ являются multiplying factorsамперметра постоянного тока, если считать, что общие постоянные токи измеряются как $ I_ {1}, I_ {2}, I_ {3} $ и $ I_ {4} $ соответственно. Ниже приведены формулы, соответствующие каждому коэффициенту умножения.

$$ m_ {1} = \ frac {I_ {1}} {I_ {m}} $$

$$ m_ {2} = \ frac {I_ {2}} {I_ {m}} $$

$$ m_ {3} = \ frac {I_ {3}} {I_ {m}} $$

$$ m_ {4} = \ frac {I_ {4}} {I_ {m}} $$

В приведенной выше схеме четыре shunt resistors, $ R_ {sh1}, R_ {sh2}, R_ {sh2} $ и $ R_ {sh4} $. Ниже приведены формулы, соответствующие этим четырем резисторам.

$$ R_ {sh1} = \ frac {R_ {m}} {m_ {1} -1} $$

$$ R_ {sh2} = \ frac {R_ {m}} {m_ {2} -1} $$

$$ R_ {sh3} = \ frac {R_ {m}} {m_ {3} -1} $$

$$ R_ {sh4} = \ frac {R_ {m}} {m_ {4} -1} $$

Приведенные выше формулы помогут нам найти значения сопротивления каждого шунтирующего резистора.

Ток - это скорость протекания электрического заряда. Если направление этого электрического заряда регулярно меняется, то результирующий ток называетсяAlternating Current (AC).

Инструмент, который используется для измерения переменного тока, протекающего через любую ветвь электрической цепи, называется AC ammeter.

Example - Амперметр переменного тока термопарного типа.

Теперь давайте обсудим амперметр переменного тока с термопарой.

Амперметр переменного тока с термопарой

Если термопара подключается перед гальванометром PMMC, то вся эта комбинация называется амперметром переменного тока термопарного типа. Вblock diagram Амперметра переменного тока термопарного типа показан на рисунке ниже.

Приведенная выше блок-схема состоит в основном из двух блоков: термопары и гальванометра PMMC. Мы получим соответствующую принципиальную схему, просто заменив каждый блок соответствующим компонентом (ами) на приведенной выше блок-схеме. Так чтоcircuit diagram Амперметр переменного тока термопарного типа будет выглядеть, как показано на рисунке ниже.

Термопара генерирует ЭДС $ e $ всякий раз, когда переменный ток I протекает через нагревательный элемент. Эта ЭДС $ e $ прямо пропорциональна действующему значению тока I, протекающего через нагревательный элемент. Итак, нам нужно откалибровать шкалу прибора PMMC для чтенияrms values of current.

Итак, в этой главе мы завершили работу со всеми основными измерительными приборами, такими как вольтметры постоянного тока, вольтметры переменного тока, амперметры постоянного тока и амперметры переменного тока. В следующей главе мы поговорим о счетчиках или измерительных приборах, которые измеряют значение сопротивления.

Инструмент, который используется для измерения значения сопротивления между любыми двумя точками в электрической цепи, называется ohmmeter. Его также можно использовать для определения номинала неизвестного резистора. Единицы измерения сопротивления - ом, измерительный прибор - метр. Итак, слово «омметр» получается объединением слов“ohm” и “meter”.

Типы омметров

Ниже приведены two types омметров.

  • Омметр серии
  • Шунтирующий омметр

Теперь давайте обсудим эти два типа омметров один за другим.

Омметр серии

Если значение резистора неизвестно и его необходимо измерить, подключив его последовательно с омметром, тогда этот омметр называется последовательным омметром. Вcircuit diagram последовательного омметра показан на рисунке ниже.

Часть схемы, которая находится слева от клемм A и B, является series ohmmeter. Итак, мы можем измерить значение неизвестного сопротивления, поместив его справа от клемм A и B. Теперь давайте обсудимcalibration scale омметра серии.

  • Если $ R_ {x} = 0 \: \ Omega $, то клеммы A и B будут замкнуты друг на друга. Таким образом, ток счетчика делится между резисторами $ R_ {1} $ и $ R_ {2} $. Теперь измените номинал резистора $ R_ {2} $ таким образом, чтобы весь ток измерителя протекал через резистор, только $ R_ {1} $. В этом случае счетчик показывает полныйscale deflection current. Следовательно, этот ток полного отклонения измерителя может быть представлен как $ 0 \: \ Omega $.

  • Если $ R_ {x} = \ infty \: \ Omega $, то клеммы A и B будут разомкнуты друг с другом. Итак, через резистор $ R_ {1} $ ток не течет. В этом случае измеритель показывает нулевой ток отклонения. Следовательно, это нулевое отклонение измерителя может быть представлено как $ \ infty \ Omega $.

  • Таким образом, при рассмотрении различных значений $ R_ {x} $ измеритель показывает разные отклонения. Таким образом, мы можем представить эти отклонения с соответствующим значением сопротивления.

Омметр серии состоит из калибровочной шкалы. Он имеет обозначения 0 $ \ Omega $ и $ \ infty \: \ Omega $ в конечных точках правой и левой руки шкалы соответственно. Серийный омметр полезен для измеренияhigh values of resistances.

Шунтирующий омметр

Если номинал резистора неизвестен и должен быть измерен путем включения его параллельно (шунтирующего) с омметром, то этот омметр называется шунтирующим омметром. Вcircuit diagram шунтирующего омметра показан на рисунке ниже.

Часть схемы, которая находится слева от клемм A и B, является shunt ohmmeter. Итак, мы можем измерить значение неизвестного сопротивления, поместив его справа от клемм A и B.

Теперь давайте обсудим calibration scaleшунтирующего омметра. Замкните выключатель S указанной выше цепи, пока он используется.

  • Если $ R_ {x} = 0 \: \ Omega $, то клеммы A и B будут замкнуты друг на друга. Из-за этого весь ток $ I_ {1} $ протекает через клеммы A и B. В этом случае ток не течет через гальванометр PMMC. Следовательноnull deflection гальванометра PMMC можно представить как $ 0 \: \ Omega $.

  • Если $ R_ {x} = \ infty \: \ Omega $, то клеммы A и B будут разомкнуты друг с другом. Таким образом, через клеммы A и B ток не протекает. В этом случае весь ток $ I_ {1} $ протекает через гальванометр PMMC. При необходимости измените (отрегулируйте) значение резистора, $ R_ {1} $, пока гальванометр PMMC не покажет ток отклонения полной шкалы. Следовательно, этоfull scale deflection ток гальванометра PMMC можно представить как $ \ infty \: \ Omega $

  • Таким образом, при рассмотрении различных значений $ R_ {x} $ измеритель показывает разные отклонения. Таким образом, мы можем представить эти отклонения с соответствующими значениями сопротивления.

Шунтирующий омметр состоит из калибровочной шкалы. Он имеет обозначения $ 0 \: \ Omega $ и $ \ infty \: \ Omega $ на концах левой и правой руки шкалы соответственно.

Шунтирующий омметр полезен для измерения low values of resistances. Таким образом, мы можем использовать либо последовательный омметр, либо шунтирующий омметр в зависимости от значений сопротивлений, которые должны быть измерены, то есть высокого или низкого.

В предыдущих главах мы обсуждали вольтметры, амперметры и омметры. Эти измерительные приборы используются для измерения напряжения, тока и сопротивления соответственно. Значит, у нас естьseparate measuring instruments для измерения напряжения, тока и сопротивления.

Предположим, что если один измерительный прибор можно использовать для измерения таких величин, как напряжение, ток и сопротивление по одному, то говорят, что он multimeter. Он получил название мультиметр, так как он может измерять несколько электрических величин по одному.

Измерения с помощью мультиметра

Multimeterэто прибор, используемый для измерения постоянного и переменного напряжения, постоянного и переменного тока и сопротивления в нескольких диапазонах. Его также называют электронным мультиметром или измерителем напряжения (ВОМ).

Измерение постоянного напряжения

Часть circuit diagram Мультиметр, который можно использовать для измерения постоянного напряжения, показан на рисунке ниже.

Вышеупомянутая схема выглядит как многодиапазонный вольтметр постоянного тока. Комбинация резистора последовательно с гальванометром PMMC представляет собойDC voltmeter. Таким образом, его можно использовать для измерения постоянного напряжения до определенного значения.

Мы можем увеличить диапазон напряжений постоянного тока, которые можно измерить с помощью того же вольтметра постоянного тока, увеличив значение сопротивления. эквивалентное значение сопротивления увеличивается, когда мы подключаем резисторы вseries.

В приведенной выше схеме мы можем измерить напряжение постоянного тока до 2.5Vс помощью комбинации резистора $ R_ {5} $ последовательно с гальванометром PMMC. Подключив резистор $ R_ {4} $ последовательно с предыдущей схемой, мы можем измерить постоянное напряжение до10V. Таким образом, мы можем увеличить диапазон постоянного напряжения, просто подключив резистор последовательно с предыдущей (более ранней) схемой.

Мы можем измерить постоянное напряжение в любых двух точках электрической цепи, подключив переключатель S к желаемому диапазону напряжения.

Измерение постоянного тока

Часть circuit diagram Мультиметр, который можно использовать для измерения постоянного тока, показан на рисунке ниже.

Вышеупомянутая схема выглядит как многодиапазонный амперметр постоянного тока. комбинация резистора параллельно с гальванометром PMMC представляет собойDC ammeter. Таким образом, его можно использовать для измерения постоянного тока до определенного значения.

Мы можем получить different rangesтоков постоянного тока, измеренных тем же амперметром постоянного тока путем размещения резисторов параллельно с предыдущим резистором. В приведенной выше схеме резистор $ R_ {1} $ подключен последовательно с гальванометром PMMC, чтобы предотвратить повреждение счетчика из-за большого тока.

Мы можем измерить постоянный ток, протекающий через любые две точки электрической цепи, подключив переключатель S к желаемому диапазону тока.

Измерение переменного напряжения

Часть circuit diagram Мультиметр, который можно использовать для измерения переменного напряжения, показан на рисунке ниже.

Схема выше выглядит как multi range AC voltmeter. Мы знаем, что мы получим вольтметр переменного тока, просто подключив выпрямитель последовательно (каскад) с вольтметром постоянного тока. Вышеупомянутая схема была создана просто путем размещения комбинации диодов и резистора, $ R_ {6} $ между резистором, $ R_ {5} $ и гальванометром PMMC.

Мы можем измерить напряжение переменного тока в любых двух точках электрической цепи, подключив переключатель S к желаемому диапазону напряжения.

Измерение сопротивления

Часть circuit diagram Мультиметр, который можно использовать для измерения сопротивления, показан на рисунке ниже.

Перед выполнением любого измерения мы должны выполнить следующие две задачи.

  • Замкните прибор
  • Изменяйте ручку регулировки нуля, пока измеритель не покажет ток полной шкалы. Это означает, что измеритель показывает нулевое значение сопротивления.

Теперь вышеуказанная схема ведет себя как шунтирующий омметр и имеет масштаб, равный 1, то есть 10 0 . Мы также можем рассматривать степень 10 более высокого порядка как масштабное умножение для измерения высоких сопротивлений.

Signal generator представляет собой электронное оборудование, которое подает стандартные тестовые сигналы, такие как синусоидальная волна, прямоугольная волна, треугольная волна и т. д. Его также называют генератором, поскольку он генерирует периодические сигналы.

Генератор сигналов, который производит периодический сигнал с частотой звукового диапазона (AF), называется AF signal generator. диапазон звуковых частот составляет от 20 Гц до 20 кГц.

Генератор синусоидальной и прямоугольной волны AF

Генератор сигнала AF, который генерирует синусоидальную или прямоугольную волну в диапазоне звуковых частот в зависимости от требований, называется генератором синусоидальных и прямоугольных сигналов AF. этоblock diagramпоказано на рисунке ниже.

Приведенная выше блок-схема состоит в основном из two paths. Это верхний путь и нижний путь. Верхний путь используется для создания синусоидальной волны AF, а нижний путь используется для создания прямоугольной волны AF.

Wien bridge oscillatorсоздаст синусоидальную волну в диапазоне звуковых частот. Исходя из требований, мы можем подключить выход генератора моста Вина к верхнему или нижнему пути с помощью переключателя.

Верхний тракт состоит из таких блоков, как усилитель синусоидальной волны и аттенюатор. Если переключатель используется для подключения выхода генератора моста Вина к верхнему тракту, он будет производить желаемыйAF sine wave на выходе верхнего пути.

Нижний тракт состоит из следующих блоков: формирователя прямоугольной волны, усилителя прямоугольной волны и аттенюатора. Формирователь прямоугольной волны преобразует синусоидальную волну в прямоугольную. Если переключатель используется для подключения выхода генератора моста Вина к нижнему тракту, то он будет производить желаемыйAF square waveна выходе нижнего тракта. Таким образом, рассмотренную нами блок-схему можно использовать для создания либо синусоидальной волны AF, либо прямоугольной волны AF в зависимости от требований.

Генератор функций

Функциональный генератор - это генератор сигналов, который генерирует три или более периодических волны. Рассмотрим следующееblock diagram генератора функций, который будет производить периодические волны, такие как треугольная волна, прямоугольная волна и синусоида.

Есть два current sources, а именно верхний источник тока и нижний источник тока на приведенной выше блок-схеме. Эти два источника тока регулируются частотно-регулируемым напряжением.

Треугольная волна

Integratorпредставленный на приведенной выше блок-схеме, постоянно получает постоянный ток поочередно от верхнего и нижнего источников тока в течение равного времени. Таким образом, интегратор будет многократно выдавать два типа вывода в одно и то же время:

  • Выходное напряжение интегратора increases linearly относительно времени для периода, в течение которого интегратор получает ток от верхнего источника тока.

  • Выходное напряжение интегратора decreases linearly относительно времени для периода, в течение которого интегратор получает ток от более низкого источника тока.

Таким образом, интегратор, представленный на приведенной выше блок-схеме, будет создавать triangular wave.

Прямоугольная волна и синусоида

Выходной сигнал интегратора, то есть треугольная волна, применяется как вход к двум другим блокам, как показано на приведенной выше блок-схеме, чтобы получить прямоугольную волну и синусоидальную волну соответственно. Давайте поговорим об этих двух по порядку.

Квадратная волна

Треугольная волна имеет положительный и отрицательный наклон попеременно в течение равного промежутка времени. Так чтоvoltage comparator multi vibrator представленные на приведенной выше блок-схеме, будут многократно воспроизводить следующие два типа вывода в течение равного количества времени.

  • Один тип константы (higher) voltage на выходе мультивибратора компаратора напряжения на время, в течение которого мультивибратор компаратора напряжения получает положительный наклон треугольной волны.

  • Другой тип константы (lower) voltage на выходе мультивибратора компаратора напряжения на время, в течение которого мультивибратор компаратора напряжения получает отрицательный наклон треугольной волны.

Мультивибратор компаратора напряжения, представленный на приведенной выше блок-схеме, будет производить square wave. Если амплитуда прямоугольной волны, которая создается на выходе мультивибратора компаратора напряжения, недостаточна, то ее можно усилить до требуемого значения с помощью усилителя прямоугольной волны.

Синусоидальная волна

В sine wave shaping circuitбудет производить синусоидальную волну на выходе из треугольной входной волны. По сути, эта схема состоит из цепи диодного сопротивления. Если амплитуда синусоидальной волны, создаваемой на выходе схемы формирования синусоидальной волны, недостаточна, то ее можно усилить до необходимого значения с помощью усилителя синусоидальной волны.

Электронный инструмент, используемый для анализа волн, называется wave analyzer. Его также называют анализатором сигналов, поскольку термины сигнал и волна могут часто использоваться взаимозаменяемо.

Мы можем представить periodic signal как сумма следующих двух условий.

  • Компонент постоянного тока
  • Серия синусоидальных гармоник

Итак, анализ периодического сигнала - это анализ присутствующих в нем гармонических составляющих.

Базовый анализатор волн

Базовый волновой анализатор в основном состоит из трех блоков - первичного детектора, двухполупериодного выпрямителя и гальванометра PMMC. Вblock diagram базового волнового анализатора показан на рисунке ниже -

В function каждого блока, присутствующего в базовом анализаторе волн, упоминается ниже.

  • Primary Detector- Он состоит из контура LC. Мы можем отрегулировать значения индуктивности L и конденсатора C таким образом, чтобы это позволяло измерять только желаемую гармоническую составляющую частоты.

  • Full Wave Rectifier - Он преобразует вход переменного тока в выход постоянного тока.

  • PMMC Galvanometer - Показывает пиковое значение сигнала, которое получается на выходе двухполупериодного выпрямителя.

Мы получим соответствующую принципиальную схему, просто заменив каждый блок соответствующим компонентом (ами) на приведенной выше блок-схеме базового анализатора волн. Так чтоcircuit diagram базового волнового анализатора будет выглядеть, как показано на следующем рисунке -

Этот базовый волновой анализатор можно использовать для анализа каждой гармонической частотной составляющей периодического сигнала.

Типы анализаторов волн

Анализаторы волн можно разделить на следующие two types.

  • Частотно-селективный анализатор волн
  • Анализатор супергетеродинных волн

Теперь давайте поговорим об этих двух анализаторах волн один за другим.

Частотно-селективный анализатор волн

Волновой анализатор, используемый для анализа сигналов АЧ диапазона, называется частотно-селективным волновым анализатором. Вblock diagram частотно-селективного волнового анализатора показан на рисунке ниже.

Частотно-избирательный волновой анализатор состоит из набора блоков. Вfunction каждого блока упоминается ниже.

  • Input Attenuator- Анализируемый сигнал AF подается на входной аттенюатор. Если амплитуда сигнала слишком велика, он может быть ослаблен входным аттенюатором.

  • Driver Amplifier - При необходимости усиливает полученный сигнал.

  • High Q-filter- Он используется для выбора желаемой частоты и отклонения нежелательных частот. Он состоит из двух RC-секций и двух фильтров-усилителей, и все они каскадно соединены друг с другом. Мы можем изменять значения емкости для изменения диапазона частот в степенях 10. Аналогичным образом мы можем изменять значения сопротивления, чтобы изменять частоту в выбранном диапазоне.

  • Meter Range Attenuator - Он получает выбранный сигнал AF в качестве входа и при необходимости производит ослабленный выходной сигнал.

  • Output Amplifier - При необходимости усиливает выбранный сигнал AF.

  • Output Buffer - Он используется для подачи выбранного сигнала AF на устройства вывода.

  • Meter Circuit- Отображает показания выбранного сигнала AF. Мы можем выбрать показания счетчика в диапазоне вольт или децибел.

Анализатор супергетеродинных волн

Анализатор волн, используемый для анализа сигналов радиочастотного диапазона, называется супергетеродинным анализатором волн. На следующем рисунке показанblock diagram анализатора супергетеродинных волн.

В working анализатора супергетеродинных волн.

  • Анализируемый радиочастотный сигнал подается на входной аттенюатор. Если амплитуда сигнала слишком велика, его можно ослабить с помощьюinput attenuator.

  • Untuned amplifier при необходимости усиливает РЧ-сигнал и подается на первый смеситель.

  • Частотные диапазоны РЧ-сигнала и выхода гетеродина составляют 0-18 МГц и 30-48 МГц соответственно. Так,first mixerвыдает выходной сигнал с частотой 30 МГц. Это разница частот двух сигналов, которые на него подаются.

  • IF amplifierусиливает сигнал промежуточной частоты (IF), то есть выходной сигнал первого смесителя. Усиленный сигнал ПЧ подается на второй смеситель.

  • Частоты усиленного ПЧ сигнала и выходного сигнала кварцевого генератора одинаковы и равны 30 МГц. Так чтоsecond mixerвыдает выходной сигнал с частотой 0 Гц. Это разница частот двух сигналов, которые на него подаются.

  • Частота среза Active Low Pass Filter (LPF)выбрано 1500 Гц. Следовательно, этот фильтр пропускает выходной сигнал второго смесителя.

  • Meter Circuitотображает чтение радиосигнала. Мы можем выбрать показания счетчика в диапазоне вольт или децибел.

Таким образом, мы можем выбрать конкретный волновой анализатор на основе частотного диапазона анализируемого сигнала.

Электронный прибор, используемый для анализа волн в частотной области, называется spectrum analyzer. По сути, он отображает распределение энергии сигнала на экране ЭЛТ. Здесь по оси X отложена частота, а по оси Y - амплитуда.

Типы анализаторов спектра

Мы можем разделить анализаторы спектра на следующие two types.

  • Анализатор спектра банка фильтров
  • Супергетеродинный анализатор спектра

Теперь давайте поговорим об этих двух анализаторах спектра один за другим.

Анализатор спектра банка фильтров

Анализатор спектра, используемый для анализа сигналов диапазона AF, называется анализатором спектра банка фильтров, или real time spectrum analyzer потому что он показывает (отображает) любые изменения на всех входных частотах.

На следующем рисунке показан block diagram анализатора спектра банка фильтров.

В working анализатора спектра банка фильтров упоминается ниже.

  • Он имеет набор полосовых фильтров, каждый из которых предназначен для работы в определенной полосе частот. Выходной сигнал каждого полосового фильтра подается на соответствующий детектор.

  • Все выходы извещателя подключены к электронному переключателю. Этот переключатель позволяет детекторам выводить последовательно на пластину вертикального отклонения CRO. Итак, CRO отображает частотуspectrum of AF signal на экране ЭЛТ.

Супергетеродинный анализатор спектра

Анализатор спектра, используемый для анализа сигналов ВЧ диапазона, называется superheterodyne spectrum analyzer. этоblock diagram показано на рисунке ниже.

В working супергетеродинного анализатора спектра.

  • Анализируемый радиочастотный сигнал подается на входной аттенюатор. Если амплитуда сигнала слишком велика, его можно ослабитьinput attenuator.

  • Low Pass Filter (LPF) допускает только те частотные компоненты, которые меньше частоты среза.

  • Mixerполучает входы от фильтра нижних частот и настроенного по напряжению генератора. Он производит выходной сигнал, который представляет собой разность частот двух сигналов, которые на него подаются.

  • IF amplifierусиливает сигнал промежуточной частоты (IF), то есть выходной сигнал смесителя. Усиленный сигнал ПЧ подается на детектор.

Выход извещателя передан на вертикальную отклоняющую пластину CRO. Итак, CRO отображает частотуspectrum of RF signal на экране ЭЛТ.

Таким образом, мы можем выбрать конкретный анализатор спектра, исходя из частотного диапазона анализируемого сигнала.

Oscilloscopeэлектронное оборудование, отображающее форму волны напряжения. Среди осциллографов основным является осциллограф с катодными лучами (CRO), который отображает изменяющийся во времени сигнал или форму волны.

В этой главе давайте обсудим блок-схему CRO и измерения некоторых параметров с помощью CRO.

Блок-схема CRO

Электронно-лучевой осциллограф (CRO) состоит из набора блоков. Это вертикальный усилитель, линия задержки, схема запуска, генератор временной развертки, горизонтальный усилитель, электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) и источник питания. Вblock diagram CRO показано на рисунке ниже.

В function каждого блока CRO упоминается ниже.

  • Vertical Amplifier - Усиливает входной сигнал, который должен отображаться на экране ЭЛТ.

  • Delay Line- Обеспечивает некоторую задержку сигнала, который получается на выходе вертикального усилителя. Затем этот задержанный сигнал подается на вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ.

  • Trigger Circuit - Он выдает сигнал запуска, чтобы синхронизировать как горизонтальные, так и вертикальные отклонения электронного луча.

  • Time base Generator - Он создает пилообразный сигнал, который полезен для горизонтального отклонения электронного луча.

  • Horizontal Amplifier - Он усиливает пилообразный сигнал и затем подключает его к пластинам горизонтального отклонения ЭЛТ.

  • Power supply- Он выдает как высокое, так и низкое напряжение. Отрицательное высокое напряжение и положительное низкое напряжение прикладываются к ЭЛТ и другим схемам соответственно.

  • Cathode Ray Tube (CRT)- Это важнейший блок CRO, состоящий в основном из четырех частей. Это электронная пушка, вертикальные отклоняющие пластины, горизонтальные отклоняющие пластины и флуоресцентный экран.

Электронный луч, создаваемый электронной пушкой, отклоняется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях парой вертикальных отклоняющих пластин и парой горизонтальных отклоняющих пластин соответственно. Наконец, отклоненный луч появится в виде пятна на флуоресцентном экране.

Таким образом, CRO отобразит применяемый входной сигнал на экране ЭЛТ. Итак, мы можем анализировать сигналы во временной области с помощью CRO

Измерения с помощью CRO

С помощью CRO мы можем выполнить следующие измерения.

  • Измерение амплитуды
  • Измерение периода времени
  • Измерение частоты

Теперь давайте обсудим эти измерения одно за другим.

Измерение амплитуды

CRO отображает сигнал напряжения как функцию времени на своем экране. Вamplitude этого сигнала напряжения является постоянным, но мы можем изменять количество делений, которые покрывают сигнал напряжения в вертикальном направлении, изменяя volt/divisionручку на панели CRO. Следовательно, мы получимamplitude сигнала, который присутствует на экране CRO по следующей формуле.

$$ A = j \ times n_ {v} $$

Где,

$ A $ - амплитуда

$ j $ - значение вольт / деление

$ n_ {v} $ - это количество делений, которые покрывают сигнал в вертикальном направлении.

Измерение периода времени

CRO отображает сигнал напряжения как функцию времени на своем экране. ВTime period этого периодического сигнала напряжения является постоянным, но мы можем изменять количество делений, которые покрывают один полный цикл сигнала напряжения в горизонтальном направлении, изменяя time/division ручку на панели CRO.

Следовательно, мы получим Time period сигнала, который присутствует на экране CRO по следующей формуле.

$$ T = k \ times n_ {h} $$

Где,

$ T $ - период времени

$ j $ - это значение времени / деления

$ n_ {v} $ - это количество делений, которые покрывают один полный цикл периодического сигнала в горизонтальном направлении.

Измерение частоты

Частота периодического сигнала f обратно пропорциональна периоду времени T. Mathematically, его можно представить как

$$ f = \ frac {1} {T} $$

Итак, мы можем найти частоту f периодического сигнала, выполнив эти два шага.

  • Step1 - Найдите Time period периодического сигнала

  • Step2 - взять reciprocal периода времени периодического сигнала, полученного на Шаге 1

Об осциллографах специального назначения мы поговорим в следующей главе.

В предыдущей главе мы обсуждали катодно-лучевой осциллограф (CRO), который представляет собой базовый осциллограф. Мы получим осциллографы специального назначения, просто добавив несколько дополнительных блоков к базовому осциллографу в зависимости от требований.

Ниже приведены special purpose oscilloscopes.

  • Двухлучевой осциллограф
  • Осциллограф с двумя трассами
  • Осциллограф с цифровой памятью

Теперь давайте поговорим об этих осциллографах специального назначения один за другим.

Двухлучевой осциллограф

Осциллограф, отображающий две формы сигнала напряжения, называется двухлучевым осциллографом. этоblock diagram показано на рисунке ниже.

Как показано на рисунке выше, ЭЛТ двухлучевого осциллографа состоит из двух наборов вертикальных отклоняющих пластин и одного набора горизонтальных отклоняющих пластин.

Комбинация следующих блоков вместе называется channel.

  • Предварительный усилитель и аттенюатор
  • Линия задержки
  • Вертикальный усилитель
  • Набор вертикальных отклоняющих пластин

В двухлучевом осциллографе два канала. Итак, мы можем применить два сигнала, а именно A и B, в качестве входных сигналов для каналов A и B соответственно. Мы можем выбрать любой из этих четырех сигналов какtrigger inputк цепи триггера с помощью переключателя. Это входные сигналы A и B, внешний сигнал (Ext) и линейный вход.

Этот осциллограф будет формировать два вертикально отклоненных луча, поскольку имеется две пары вертикальных отклоняющих пластин. В этом осциллографе блоки, которые используются для отклонения луча в горизонтальном направлении, являются общими для обоих входных сигналов. Наконец, этот осциллограф будет производитьtwo input signals одновременно на экране ЭЛТ.

Осциллограф с двумя трассами

Осциллограф, который выводит на экран две кривые, называется осциллографом с двумя трассами. этоblock diagram показано на рисунке ниже.

Как показано на рисунке выше, ЭЛТ осциллографа Dual Trace состоит из набора вертикальных отклоняющих пластин и другого набора горизонтальных отклоняющих пластин. Канал состоит из четырех блоков: предусилителя и аттенюатора, линии задержки, вертикального усилителя и вертикальных отклоняющих пластин.

На приведенной выше блок-схеме первые два блока отдельно присутствуют в обоих каналах. Последние два блока являются общими для обоих каналов. Следовательно, с помощьюelectronic switch мы можем подключить выход линии задержки определенного канала к вертикальному усилителю.

Мы можем выбрать любой из этих четырех сигналов в качестве триггерного входа для trigger circuitс помощью переключателя. Это входные сигналы A и B, внешний сигнал (Ext) и линейный вход.

Этот осциллограф использует тот же электронный луч для отклонения входных сигналов A и B в вертикальном направлении с помощью электронного переключателя и производит two traces. Блоки, отклоняющие луч по горизонтали, являются общими для обоих входных сигналов.

Осциллограф с цифровой памятью

Осциллограф, который сохраняет форму сигнала в цифровом виде, известен как цифровой запоминающий осциллограф. Вblock diagram (цифрового) запоминающего осциллографа ниже -

Дополнительные блоки, необходимые для хранения цифровых данных, добавляются к базовому осциллографу, чтобы преобразовать его в осциллограф с цифровой памятью. Блоки, необходимые дляstoring of digital dataОн находится между предварительным усилителем и аттенюатором и вертикальным усилителем в цифровом запоминающем осциллографе. Это схема выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), память и цифро-аналоговый преобразователь.

Control logicуправляет первыми тремя блоками, посылая различные управляющие сигналы. Такие блоки, как управляющая логика и цифро-аналоговый преобразователь, присутствуют между схемой запуска и усилителем строчной развертки в цифровом запоминающем осциллографе.

Осциллограф с цифровой памятью stores the dataв цифровом формате перед отображением формы сигнала на экране. В то время как в базовом осциллографе этой функции нет.

Lissajous figureэто шаблон, который отображается на экране, когда синусоидальные сигналы подаются как на горизонтальные, так и на вертикальные отклоняющие пластины CRO. Эти шаблоны будут варьироваться в зависимости от амплитуд, частот и разностей фаз синусоидальных сигналов, которые применяются как к горизонтальным, так и к вертикальным отклоняющим пластинам CRO.

На следующем рисунке показан example фигуры Лиссажу.

Вышеупомянутая фигура Лиссажу находится в elliptical shape и его большая ось имеет некоторый угол наклона с положительной осью абсцисс.

Измерения с использованием фигур Лиссажу

Мы можем сделать следующее two measurements от фигуры Лиссажу.

  • Частота синусоидального сигнала
  • Разность фаз между двумя синусоидальными сигналами

Теперь давайте обсудим эти два измерения одно за другим.

Измерение частоты

Фигура Лиссажу будет отображаться на экране, когда синусоидальные сигналы подаются как на горизонтальные, так и на вертикальные отклоняющие пластины CRO. Следовательно, подайте синусоидальный сигнал, который имеет стандартныйknown frequencyк горизонтальным отклоняющим пластинам CRO. Точно так же подайте синусоидальный сигнал,frequency является unknown к вертикальным отклоняющим пластинам CRO

Пусть, $ f_ {H} $ и $ f_ {V} $ - частоты синусоидальных сигналов, которые применяются к горизонтальным и вертикальным отклоняющим пластинам CRO соответственно. Связь между $ f_ {H} $ и $ f_ {V} $ может бытьmathematically представлен ниже.

$$ \ frac {f_ {V}} {f_ {H}} = \ frac {n_ {H}} {n_ {V}} $$

Из приведенного выше соотношения мы получим частоту синусоидального сигнала, который применяется к пластинам вертикального отклонения CRO как

$ f_ {V} = \ left (\ frac {n_ {H}} {n_ {V}} \ right) f_ {H} $ (Уравнение 1)

Где,

$ n_ {H} $ - количество горизонтальных касаний

$ n_ {V} $ - количество вертикальных касаний

Мы можем найти значения $ n_ {H} $ и $ n_ {V} $ из фигуры Лиссажу. Итак, подставляя значения $ n_ {H} $, $ n_ {V} $ и $ f_ {H} $ в уравнение 1, мы получим значение$f_{V}$, т.е. frequency of sinusoidal signal которая применяется к вертикальным отклоняющим пластинам CRO.

Измерение разности фаз

Фигура Лиссажу отображается на экране, когда синусоидальные сигналы подаются как на горизонтальные, так и на вертикальные отклоняющие пластины CRO. Следовательно, применяют синусоидальные сигналы, которые имеютsame amplitude and frequency к горизонтальным и вертикальным отклоняющим пластинам CRO.

Для нескольких фигур Лиссажу, основываясь на их форме, мы можем напрямую определить разность фаз между двумя синусоидальными сигналами.

  • Если фигура Лиссажу straight line с наклоном $ 45 ^ {\ circ} $ с положительной осью абсцисс, то phase differenceмежду двумя синусоидальными сигналами будет $ 0 ^ {\ circ} $. Это означает, что между этими двумя синусоидальными сигналами нет разницы фаз.

  • Если фигура Лиссажу straight line с наклоном $ 135 ^ {\ circ} $ с положительной осью абсцисс, то phase differenceмежду двумя синусоидальными сигналами будет $ 180 ^ {\ circ} $. Это означает, что эти два синусоидальных сигнала не совпадают по фазе.

  • Если фигура Лиссажу в circular shape, то разность фаз между двумя синусоидальными сигналами будет $ 90 ^ {\ circ} $ или $ 270 ^ {\ circ} $.

Мы можем вычислить разность фаз между двумя синусоидальными сигналами, используя формулы, когда фигуры Лиссажу равны elliptical shape.

  • Если большая ось фигуры Лиссажу эллиптической формы, имеющей угол наклона, лежит между $ 0 ^ {\ circ} $ и $ 90 ^ {\ circ} $ с положительной осью x, то разность фаз между двумя синусоидальными сигналами будет.

$$ \ phi = \ sin ^ {- 1} \ left (\ frac {x_ {1}} {x_ {2}} \ right) = \ sin ^ {- 1} \ left (\ frac {y_ {1} } {y_ {2}} \ right) $$

  • Если большая ось фигуры Лиссажу эллиптической формы, имеющей угол наклона, лежит между $ 90 ^ {\ circ} $ и $ 180 ^ {\ circ} $ с положительной осью x, то разность фаз между двумя синусоидальными сигналами будет.

$$ \ phi = 180 - \ sin ^ {- 1} \ left (\ frac {x_ {1}} {x_ {2}} \ right) = 180 - \ sin ^ {- 1} \ left (\ frac { y_ {1}} {y_ {2}} \ right) $$

Where,

$ x_ {1} $ - это расстояние от начала координат до точки на оси x, где фигура Лиссажу эллиптической формы пересекает

$ x_ {2} $ - это расстояние от начала координат до вертикальной касательной эллиптической фигуры Лиссажу.

$ y_ {1} $ - это расстояние от начала координат до точки на оси Y, где фигура Лиссажу эллиптической формы пересекает

$ y_ {2} $ - расстояние от начала координат до горизонтальной касательной эллиптической формы фигуры Лиссажу

В этой главе мы узнали, как с помощью формул найти частоту неизвестного синусоидального сигнала и разность фаз между двумя синусоидальными сигналами из фигур Лиссажу.

Мы можем подключить любую тестовую схему к осциллографу через щуп. Поскольку CRO - это базовый осциллограф, подключенный к нему пробник также называетсяCRO probe.

Мы должны выбрать пробник таким образом, чтобы он не создавал проблем с нагрузкой в ​​тестовой цепи. Чтобы мы могли правильно проанализировать тестовую схему с сигналами на экране CRO.

Зонды CRO должны иметь следующие characteristics.

  • Высокий импеданс
  • Высокая пропускная способность

В block diagram датчика CRO показано на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, зонд CRO в основном состоит из трех блоков. Это головка зонда, коаксиальный кабель и оконечная цепь. Коаксиальный кабель просто соединяет головку зонда и оконечную цепь.

Типы зондов CRO

Зонды CRO можно разделить на следующие two types.

  • Пассивные зонды
  • Активные зонды

Теперь давайте обсудим эти два типа зондов один за другим.

Пассивные зонды

Если измерительная головка состоит из пассивных элементов, то она называется passive probe. Принципиальная схема пассивного пробника показана на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, головка пробника состоит из параллельной комбинации резистора $ R_ {1} $ и переменного конденсатора $ C_ {1} $. Аналогично, оконечная цепь состоит из параллельной комбинации резистора $ R_ {2} $ и конденсатора $ C_ {2} $.

Приведенная выше принципиальная схема модифицирована в виде bridge circuit и это показано на рисунке ниже.

Мы можем сбалансировать мост, регулируя значение переменного конденсатора $ c_ {1} $. Мы обсудим концепцию мостов в следующих главах. А пока рассмотрим следующиеbalancing condition of AC bridge.

$$ Z_ {1} Z_ {4} = Z_ {2} Z_ {3} $$

Substitute, импедансы $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ и $ Z_ {4} $ как $ R_ {1}, \ frac {1} {j \ omega C_ {1}}, R_ { 2} $ и $ \ frac {1} {j \ omega C_ {2}} $ соответственно в уравнении выше.

$$ R_ {1} \ left (\ frac {1} {j \ omega C_ {2}} \ right) = \ left (\ frac {1} {j \ omega C_ {1}} \ right) R_ {2 } $$

$ \ Rightarrow R_ {1} C_ {1} = R_ {2} C_ {2} $ Уравнение 1

По принципу деления напряжения получим voltage across resistor, $R_{2}$ в виде

$$ V_ {0} = V_ {i} \ left (\ frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}} \ right) $$

attenuation factor- отношение входного напряжения $ V_ {i} $ и выходного напряжения $ V_ {0} $. Итак, из приведенного выше уравнения мы получим коэффициент ослабления $ \ alpha $ как

$$ \ alpha = \ frac {V_ {i}} {V_ {0}} = \ frac {R_ {1} + R_ {2}} {R_ {2}} $$

$ \ Rightarrow \ alpha = 1+ \ frac {R_ {1}} {R_ {2}} $

$ \ Rightarrow \ alpha-1 = \ frac {R_ {1}} {R_ {2}} $

$ \ Rightarrow R_ {1} = \ left (\ alpha-1 \ right) R_ {2} $ Уравнение 2

Из уравнения 2 можно сделать вывод, что значение $ R_ {1} $ больше или равно значению ð ?? '… 2 для целых значений $ \: \ alpha> 1 $.

Подставьте уравнение 2 в уравнение 1.

$$ \ left (\ alpha-1 \ right) R_ {2} C_ {1} = R_ {2} C_ {2} $$

$ \ Rightarrow \ left (\ alpha-1 \ right) C_ {1} = C_ {2} $

$ \ Rightarrow C_ {1} = \ frac {C_ {2}} {\ left (\ alpha-1 \ right)} $ Уравнение 3

Из уравнения 3 можно сделать вывод, что значение $ C_ {1} $ меньше или равно значению $ C_ {2} $ для целых значений $ \ alpha> 1 $.

Example

Найдем значения $ R_ {1} $ и $ C_ {1} $ пробника с коэффициентом ослабления $ \ alpha $ равным 10. Предположим, $ R_ {2} = 1 M \ Omega $ и $ C_ {2} = 18пф $.

  • Step1 - Мы получим значение $ R_ {1} $, подставив значения $ \ alpha $ и $ R_ {2} $ в уравнение 2.

$$ R_ {1} = \ left (10-1 \ right) \ times 1 \ times 10 ^ {6} $$

$$ \ Rightarrow R_ {1} = 9 \ times 10 ^ {6} $$

$$ \ Rightarrow R_ {1} = 9 M \ Omega $$

Step 2 - Мы получим значение $ C_ {1} $, подставив значения $ \ alpha $ и $ C_ {2} $ в уравнение 3.

$$ C_ {1} = \ frac {18 \ times10 ^ {- 12}} {\ left (10-1 \ right)} $$

$$ \ Rightarrow C_ {1} = 2 \ times 10 ^ {- 12} $$

$$ \ Rightarrow C_ {1} = 2 пФ $$

Следовательно, значения $ R_ {1} $ и $ C_ {1} $ зонда будут $ 9M \ Omega $ и $ 2pF $ соответственно для заданных спецификаций.

Активные зонды

Если головка зонда состоит из активных электронных компонентов, то она называется active probe. Блок-схема активного датчика показана на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, головка пробника состоит из истокового повторителя на полевых транзисторах в каскаде с эмиттерным повторителем на полевых транзисторах. Повторитель источника на полевых транзисторах обеспечивает высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Принимая во внимание, что цель эмиттерного повторителя BJT состоит в том, чтобы избежать или устранить рассогласование импеданса.

Две другие части, такие как коаксиальный кабель и оконечная цепь, остаются одинаковыми как в активных, так и в пассивных пробниках.

Если электрические компоненты расположены в виде мостовой или кольцевой структуры, то эта электрическая цепь называется bridge. Обычно мост образует петлю с набором из четырех ветвей или ветвей. Каждая ветвь может содержать один или два электрических компонента.

Типы мостов

Мы можем классифицировать мостовые схемы или мосты на следующие две категории в зависимости от сигнала напряжения, с которым они могут работать.

  • Мосты постоянного тока
  • Мосты переменного тока

Теперь давайте кратко обсудим эти два моста.

Мосты постоянного тока

Если мостовая схема может работать только с сигналом напряжения постоянного тока, то это мостовая схема постоянного тока или просто DC bridge. Мосты постоянного тока используются для измерения значения неизвестного сопротивления. Вcircuit diagram моста постоянного тока выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Вышеупомянутый мост постоянного тока имеет four armsи каждое плечо состоит из резистора. Среди них два резистора имеют фиксированные значения сопротивления, один резистор является переменным резистором, а другой имеет неизвестное значение сопротивления.

Вышеуказанная мостовая схема постоянного тока может быть возбуждена DC voltage sourceразместив его по одной диагонали. Гальванометр размещен по другой диагонали моста постоянного тока. Он показывает некоторый прогиб, пока мост неуравновешен.

Изменяйте значение сопротивления переменного резистора, пока гальванометр не покажет нулевое отклонение. Теперь вышеупомянутый мост постоянного тока называется сбалансированным. Итак, мы можем найти значениеunknown resistance с помощью узловых уравнений.

Мосты переменного тока

Если мостовая схема может работать только с сигналом напряжения переменного тока, то это называется мостовой схемой переменного тока или просто AC bridge. Мосты переменного тока используются для измерения значения неизвестной индуктивности, емкости и частоты.

В circuit diagram моста переменного тока выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Принципиальная схема моста переменного тока аналогична схеме моста постоянного тока. Вышеуказанный мост переменного тока имеетfour armsи каждое плечо состоит из некоторого импеданса. Это означает, что каждое плечо будет иметь один или комбинацию пассивных элементов, таких как резистор, катушка индуктивности и конденсатор.

Среди четырех импедансов два импеданса имеют фиксированные значения, один импеданс является переменным, а другой - неизвестным.

Вышеуказанная мостовая схема переменного тока может быть возбуждена AC voltage sourceразместив его по одной диагонали. Детектор размещается по другой диагонали моста переменного тока. Он показывает некоторый прогиб, пока мост неуравновешен.

Вышеуказанная мостовая схема переменного тока может быть возбуждена AC voltage sourceразместив его по одной диагонали. Детектор размещается по другой диагонали моста переменного тока. Он показывает некоторый прогиб, пока мост неуравновешен.

Изменяйте значение импеданса переменного импеданса, пока детектор не покажет нулевое (нулевое) отклонение. Теперь, вышеупомянутый мост переменного тока называется сбалансированным. Итак, мы можем найти значениеunknown impedance с помощью сбалансированного состояния.

DC bridgesможет работать только с сигналом постоянного напряжения. Мосты постоянного тока полезны для измерения значения неизвестного сопротивления, которое присутствует в мосте. Мост Уитстона является примером моста постоянного тока.

Теперь давайте обсудим Wheatstone’s Bridge чтобы найти неизвестное значение сопротивления.

Мост Уитстона

Мост Уитстона - это простой мост постоянного тока, в основном состоящий из четырех плеч. Эти четыре плеча образуют ромб или квадрат, и каждое плечо состоит из одного резистора.

Чтобы найти значение неизвестного сопротивления, нам понадобится гальванометр и источник постоянного напряжения. Следовательно, один из этих двух размещен на одной диагонали моста Уитстона, а другой - на другой диагонали моста Уитстона.

Мост Уитстона используется для измерения значения среднего сопротивления. Вcircuit diagram моста Уитстона показан на рисунке ниже.

В приведенной выше схеме руки AB, BC, CD и DA вместе образуют rhombusили квадратной формы. Они состоят из резисторов $ R_ {2} $, $ R_ {4} $, $ R_ {3} $ и $ R_ {1} $ соответственно. Пусть ток, протекающий через эти плечи резистора, равен $ I_ {2} $, $ I_ {4} $, $ I_ {3} $ и $ I_ {1} $ соответственно, и направления этих токов показаны на рисунке.

Диагональные плечи DB и AC состоят из гальванометра и источника постоянного напряжения V вольт соответственно. Здесь резистор $ R_ {3} $ - это стандартный переменный резистор, а резистор $ R_ {4} $ - неизвестный резистор. Мы можемbalance the bridge, изменяя значение сопротивления резистора $ R_ {3} $.

Вышеупомянутая мостовая схема сбалансирована, когда через диагональное плечо DB не протекает ток. Значит, естьno deflection в гальванометре, когда мост уравновешен.

Мост будет уравновешен, когда two conditions довольны.

  • Напряжение на плече AD равно напряжению на плече AB. т.е.

$$ V_ {AD} = V_ {AB} $$

$ \ Rightarrow I_ {1} R_ {1} = I_ {2} R_ {2} $ Уравнение 1

  • Напряжение на плече DC равно напряжению на плече BC. т.е.

$$ V_ {DC} = V_ {BC} $$

$ \ Rightarrow I_ {3} R_ {3} = I_ {4} R_ {4} $ Уравнение 2

Из двух вышеупомянутых условий балансировки мы получим следующие two conclusions.

  • Ток, протекающий через плечо AD, будет равен току в плече DC. т.е.

$$ I_ {1} = I_ {3} $$

  • Ток, протекающий через плечо AB, будет равен току плеча BC. т.е.

$$ I_ {2} = I_ {4} $$

Возьмите соотношение уравнения 1 и уравнения 2.

$ \ frac {I_ {1} R_ {1}} {I_ {3} R_ {3}} = \ frac {I_ {2} R_ {2}} {I_ {4} R_ {4}} $ Уравнение 3

Заменить, $ I_ {1} = I_ {3} $ и $ I_ {2} = I_ {4} $ в уравнении 3.

$$ \ frac {I_ {3} R_ {1}} {I_ {3} R_ {3}} = \ frac {I_ {4} R_ {2}} {I_ {4} R_ {4}} $$

$$ \ Rightarrow \ frac {R_ {1}} {R_ {3}} = \ frac {R_ {2}} {R_ {4}} $$

$$ \ Rightarrow R_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {R_ {1}} $$

Подставив известные значения резисторов $ R_ {1} $, $ R_ {2} $ и $ R_ {3} $ в приведенное выше уравнение, мы получим value of resistor,$R_{4}$.

В этой главе давайте обсудим мосты переменного тока, которые можно использовать для измерения индуктивности. Мосты переменного тока работают только с сигналом переменного напряжения. Вcircuit diagram моста переменного тока показан на рисунке ниже.

Как показано на рисунке выше, мост переменного тока в основном состоит из четырех плеч, которые соединены ромбом или square shape. Все эти плечи состоят из некоторого сопротивления.

Детектор и источник переменного напряжения также необходимы, чтобы найти значение неизвестного импеданса. Следовательно, один из этих двух размещается на одной диагонали моста переменного тока, а другой - на другой диагонали моста переменного тока. Состояние балансировки моста Уитстона как -

$$ R_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {R_ {1}} $$

Мы получим balancing condition of AC bridge, просто заменив R на Z в приведенном выше уравнении.

$$ Z_ {4} = \ frac {Z_ {2} Z_ {3}} {Z_ {1}} $$

$ \ Rightarrow Z_ {1} Z_ {4} = Z_ {2} Z_ {3} $

Здесь $ Z_ {1} $ и $ Z_ {2} $ - фиксированные импедансы. Принимая во внимание, что $ Z_ {3} $ - это стандартный переменный импеданс, а $ Z_ {4} $ - неизвестный импеданс.

Note - Мы можем выбрать любые два из этих четырех импедансов в качестве фиксированных, один импеданс - в качестве стандартного переменного импеданса, а другой - в качестве неизвестного импеданса в зависимости от приложения.

Ниже приведены два моста переменного тока, которые можно использовать для измерения inductance.

  • Мост Максвелла
  • Hay's Bridge

Теперь давайте поговорим об этих двух мостах переменного тока один за другим.

Мост Максвелла

Мост Максвелла - это мост переменного тока, имеющий четыре плеча, которые соединены в форме ромба или square shape. Два плеча этого моста состоят из одного резистора, одно плечо состоит из последовательной комбинации резистора и индуктора, а другое плечо состоит из параллельной комбинации резистора и конденсатора.

Детектор переменного тока и источник переменного напряжения используются для определения значения неизвестного импеданса. Следовательно, один из этих двух размещен на одной диагонали моста Максвелла, а другой - на другой диагонали моста Максвелла.

Мост Максвелла используется для измерения значения средней индуктивности. Вcircuit diagram моста Максвелла показан на рисунке ниже.

В приведенной выше схеме руки AB, BC, CD и DA вместе образуют ромб или квадрат. Плечи AB и CD состоят из резисторов $ R_ {2} $ и $ R_ {3} $ соответственно. Плечо BC состоит из последовательной комбинации резистора $ R_ {4} $ и катушки индуктивности $ L_ {4} $. Плечо DA состоит из параллельной комбинации резистора $ R_ {1} $ и конденсатора $ C_ {1} $.

Пусть $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ и $ Z_ {4} $ - импедансы плеч DA, AB, CD и BC соответственно. Вvalues of these impedances будет

$$ Z_ {1} = \ frac {R_ {1} \ left (\ frac {1} {j \ omega C_ {1}} \ right)} {R_ {1} + \ frac {1} {j \ omega C_ {1}}} $$

$$ \ Rightarrow Z_ {1} = \ frac {R_ {1}} {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}} $$

$ Z_ {2} = R_ {2} $

$ Z_ {3} = R_ {3} $

$ Z_ {4} = R_ {4} + j \ omega L_ {4} $

Substitute эти значения импеданса в следующих условиях балансировки моста переменного тока.

$$ Z_ {4} = \ frac {Z_ {2} Z_ {3}} {Z_ {1}} $$

$$ R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {\ left ({\ frac {R_ {1}} {1 + j \ omega R_ {1}) C_ {1}}} \ right)} $$

$ \ Rightarrow R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3} \ left (1 + j \ omega R_ {1} C_ {1} \ right)} {R_ { 1}} $

$ \ Rightarrow R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {R_ {1}} + \ frac {j \ omega R_ {1} C_ {1} R_ {2} R_ {3}} {R_ {1}} $

$ \ Rightarrow R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {R_ {1}} + j \ omega C_ {1} R_ {2} R_ {3} $

По comparing соответствующие действительные и мнимые члены приведенного выше уравнения, мы получим

$ R_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {R_ {1}} $ Уравнение 1

$ L_ {4} = C_ {1} R_ {2} R_ {3} $ Уравнение 2

Подставляя значения резисторов $ R_ {1} $, $ R_ {2} $ и $ R_ {3} $ в уравнение 1, мы получим значение резистора $ R_ {4} $. Точно так же, подставляя значение конденсатора $ C_ {1} $ и значения резисторов $ R_ {2} $ и $ R_ {3} $ в уравнение 2, мы получим значение индуктивности $ L_ {4 } $.

В advantage моста Максвелла состоит в том, что оба значения резистора $ R_ {4} $ и индуктора $ L_ {4} $ не зависят от значения частоты.

Hay's Bridge

Мост Хэя - это модифицированная версия моста Максвелла, которую мы получаем путем модификации плеча, который состоит из параллельной комбинации резистора и конденсатора в плече, который состоит из последовательной комбинации резистора и конденсатора в мосте Максвелла.

Мост Хэя используется для измерения значения высокой индуктивности. Вcircuit diagram моста Хэя показано на рисунке ниже.

В приведенной выше схеме руки AB, BC, CD и DA вместе образуют ромб или квадрат. Плечи AB и CD состоят из резисторов $ R_ {2} $ и $ R_ {3} $ соответственно. Плечо BC состоит из последовательной комбинации резистора $ R_ {4} $ и катушки индуктивности $ L_ {4} $. Плечо DA состоит из последовательной комбинации резистора $ R_ {1} $ и конденсатора $ C_ {1} $.

Пусть $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ и $ Z_ {4} $ - импедансы плеч DA, AB, CD и BC соответственно. Вvalues of these impedances будет

$$ Z_ {1} = R_ {1} + \ frac {1} {j \ omega C_ {1}} $$

$ \ Rightarrow Z_ {1} = \ frac {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}} {j \ omega C_ {1}} $

$ Z_ {2} = R_ {2} $

$ Z_ {3} = R_ {3} $

$ Z_ {4} = R_ {4} + j \ omega L_ {4} $

Substitute эти значения импеданса в следующих условиях балансировки моста переменного тока.

$$ Z_ {4} = \ frac {Z_ {2} Z_ {3}} {Z_ {1}} $$

$ R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3}} {\ left (\ frac {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}} {j \ омега C_ {1}} \ right)} $

$ R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3} j \ omega C_ {1}} {\ left (1 + j \ omega R_ {1} C_ {1} \ right)} $

Умножьте числитель и знаменатель члена правой части приведенного выше уравнения на $ 1 - j \ omega R_ {1} C_ {1} $.

$ \ Rightarrow R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3} j \ omega C_ {1}} {\ left (1 + j \ omega R_ {1} C_ { 1} \ right)} \ times \ frac {\ left (1 - j \ omega R_ {1} C_ {1} \ right)} {\ left (1 - j \ omega R_ {1} C_ {1} \ right )} $

$ \ Rightarrow R_ {4} + j \ omega L_ {4} = \ frac {\ omega ^ {2} {C_ {1}} ^ {2} R_ {1} R_ {2} R_ {3} + j \ омега R_ {2} R_ {3} C_ {1}} {\ left (1+ \ omega ^ {2} {R_ {1}} ^ {2} {C_ {1}} ^ {2} \ right)} $

По comparing соответствующие действительные и мнимые члены приведенного выше уравнения, мы получим

$ R_ {4} = \ frac {\ omega ^ {2} {C_ {1}} ^ {2} R_ {1} R_ {2} R_ {3}} {\ left (1+ \ omega ^ {2} {R_ {1}} ^ {2} {C_ {1}} ^ {2} \ right)} $ Уравнение 3

$ L_ {4} = \ frac {R_ {2} R_ {3} C_ {1}} {\ left (1+ \ omega ^ {2} {R_ {1}} ^ {2} {C_ {1}} ^ {2} \ right)} $ Уравнение 4

Подставляя значения $ R_ {1}, R_ {2}, R_ {3}, C_ {1} $ и $ \ omega $ в уравнение 3 и 4, мы получим значения резистора $ R_ {4 } $ и индуктор $ L_ {4} $.

В предыдущей главе мы обсудили два моста переменного тока, которые можно использовать для измерения индуктивности. В этой главе давайте обсудим следующиеtwo AC bridges.

  • Мост Шеринга
  • Венский мост

Эти два моста можно использовать для измерения емкости и частоты соответственно.

Мост Шеринга

Мост Шеринга - это мост переменного тока, имеющий четыре плеча, которые соединяются в форме ромба или square shape, одно плечо которого состоит из одного резистора, одно плечо состоит из последовательной комбинации резистора и конденсатора, одно плечо состоит из одного конденсатора, а другое плечо состоит из параллельной комбинации резистора и конденсатора.

Детектор переменного тока и источник переменного напряжения также используются для определения значения неизвестного импеданса, поэтому один из них размещается на одной диагонали моста Шеринга, а другой - на другой диагонали моста Шеринга.

Мост Шеринга используется для измерения значения емкости. Вcircuit diagram моста Шеринга показано на рисунке ниже.

В приведенной выше схеме руки AB, BC, CD и DA вместе образуют ромб или square shape. Плечо AB состоит из резистора $ R_ {2} $. Плечо BC состоит из последовательной комбинации резистора $ R_ {4} $ и конденсатора $ C_ {4} $. Плечо CD состоит из конденсатора $ C_ {3} $. Плечо DA состоит из параллельной комбинации резистора $ R_ {1} $ и конденсатора $ C_ {1} $.

Пусть $ Z_ {1} $, $ Z_ {2} $, $ Z_ {3} $ и $ Z_ {4} $ - импедансы плеч DA, AB, CD и BC соответственно. Вvalues of these impedances будет

$ Z_ {1} = \ frac {R_ {1} \ left (\ frac {1} {j \ omega C_ {1}} \ right)} {R_ {1} + \ frac {1} {j \ omega C_ {1}}} $

$ \ Rightarrow Z_ {1} = \ frac {R_ {1}} {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}} $

$ Z_ {2} = R_ {2} $

$ Z_ {3} = \ frac {1} {j \ omega C_ {3}} $

$ Z_ {4} = R_ {4} + \ frac {1} {j \ omega C_ {4}} $

$ \ Rightarrow Z_ {4} = \ frac {1 + j \ omega R_ {4} C_ {4}} {j \ omega C_ {4}} $

Substitute эти значения импеданса в следующих условиях балансировки моста переменного тока.

$$ Z_ {4} = \ frac {Z_ {2} Z_ {3}} {Z_ {1}} $$

$$ \ frac {1 + j \ omega R_ {4} C_ {4}} {j \ omega C_ {4}} = \ frac {R_ {2} \ left (\ frac {1} {j \ omega C_ { 3}} \ right)} {\ frac {R_ {1}} {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}}} $$

$ \ Rightarrow \ frac {1 + j \ omega R_ {4} C_ {4}} {j \ omega C_ {4}} = \ frac {R_ {2} \ left (1 + j \ omega R_ {1} C_ {1} \ right)} {j \ omega R_ {1} C_ {3}} $

$ \ Rightarrow \ frac {1 + j \ omega R_ {4} C_ {4}} {C_ {4}} = \ frac {R_ {2} \ left (1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}) \ right)} {R_ {1} C_ {3}} $

$ \ Rightarrow \ frac {1} {C_ {4}} + j \ omega R_ {4} = \ frac {R_ {2}} {R_ {1} C_ {3}} + \ frac {j \ omega C_ { 1} R_ {2}} {C_ {3}} $

По comparing соответствующие действительные и мнимые члены приведенного выше уравнения, мы получим

$ C_ {4} = \ frac {R_ {1} C_ {3}} {R_ {2}} $ Уравнение 1

$ R_ {4} = \ frac {C_ {1} R_ {2}} {C_ {3}} $ Уравнение 2

Подставляя значения $ R_ {1}, R_ {2} $ и $ C_ {3} $ в уравнение 1, мы получим значение конденсатора $ C_ {4} $. Точно так же, подставляя значения $ R_ {2}, C_ {1} $ и $ C_ {3} $ в уравнение 2, мы получим значение резистора $ R_ {4} $.

В advantage Моста Шеринга состоит в том, что оба значения резистора $ R_ {4} $ и конденсатора $ C_ {4} $ не зависят от значения частоты.

Венский мост

Wien’s bridgeпредставляет собой мост переменного тока, имеющий четыре плеча, которые соединены в форме ромба или квадрата. Два плеча состоят из одного резистора, одно плечо состоит из параллельной комбинации резистора и конденсатора, а другое плечо состоит из последовательной комбинации резистора и конденсатора.

Детектор переменного тока и источник переменного напряжения также необходимы для определения значения частоты. Следовательно, один из этих двух размещен на одной диагонали моста Вены, а другой - на другой диагонали моста Вены.

В circuit diagram моста Вены показано на рисунке ниже.

В приведенной выше схеме руки AB, BC, CD и DA вместе образуют ромб или square shape. Плечи AB и BC состоят из резисторов $ R_ {2} $ и $ R_ {4} $ соответственно. Плечо CD состоит из параллельной комбинации резистора $ R_ {3} $ и конденсатора $ C_ {3} $. Плечо DA состоит из последовательной комбинации резистора $ R_ {1} $ и конденсатора $ C_ {1} $.

Пусть $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ и $ Z_ {4} $ - импедансы плеч DA, AB, CD и BC соответственно. Вvalues of these impedances будет

$$ Z_ {1} = R_ {1} + \ frac {1} {j \ omega C_ {1}} $$

$$ \ Rightarrow Z_ {1} = \ frac {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}} {j \ omega C_ {1}} $$

$ Z_ {2} = R_ {2} $

$$ Z_ {3} = \ frac {R_ {3} \ left (\ frac {1} {j \ omega C_ {3}} \ right)} {R_ {3} + \ frac {1} {j \ omega C_ {3}}} $$

$$ \ Rightarrow Z_ {3} = \ frac {R_ {3}} {1 + j \ omega R_ {3} C_ {3}} $$

$ Z_ {4} = R_ {4} $

Substitute эти значения импеданса в следующих условиях балансировки моста переменного тока.

$$ Z_ {1} Z_ {4} = Z_ {2} Z_ {3} $$

$$ \ left (\ frac {1 + j \ omega R_ {1} C_ {1}} {j \ omega C_ {1}} \ right) R_ {4} = R_ {2} \ left (\ frac {R_ {3}} {1 + j \ omega R_ {3} C_ {3}} \ right) $$

$ \ Rightarrow \ left (1 + j \ omega R_ {1} C_ {1} \ right) \ left (1 + j \ omega R_ {3} C_ {3} \ right) R_ {4} = j \ omega C_ {1} R_ {2} R_ {3} $

$ \ Rightarrow \ left (1 + j \ omega R_ {3} C_ {3} + j \ omega R_ {1} C_ {1} - \ omega ^ {2} R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3} \ right) R_ {4} = j \ omega C_ {1} R_ {2} R_ {3} $

$ \ Rightarrow R_ {4} \ left (\ omega ^ {2} R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3} \ right) + j \ omega R_ {4} \ left (R_ {3} C_ {3} + R_ {1} C_ {1} \ right) = j \ omega C_ {1} R_ {2} R_ {3} $

Equate соответствующие real terms приведенного выше уравнения.

$$ R_ {4} \ left (1- \ omega ^ {2} R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3} \ right) = 0 $$

$ \ Rightarrow 1- \ omega ^ {2} R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3} = 0 $

$ \ Rightarrow 1 = \ omega ^ {2} R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3} $

$ \ omega = \ frac {1} {\ sqrt {R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3}}} $

Substitute, $ \ omega = 2 \ pi f $ в приведенном выше уравнении.

$$ \ Rightarrow 2 \ pi f = \ frac {1} {\ sqrt {R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3}}} $$

$ \ Rightarrow f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {R_ {1} R_ {3} C_ {1} C_ {3}}} $

Мы можем найти значение частоты $ f $ источника переменного напряжения, подставив значения $ R_ {1}, R_ {3}, C_ {1} $ и $ C_ {3} $ в приведенное выше уравнение.

Если $ R_ {1} = R_ {3} = R $ и $ C_ {1} = C_ {3} = C $, то мы можем найти значение частоты $ f $ источника переменного напряжения, используя следующую формулу .

$$ f = \ frac {1} {2 \ pi RC} $$

Мост Вейна в основном используется для поиска frequency value диапазона автофокусировки.

По сути, Transducer преобразует одну форму энергии в другую. Преобразователь, который преобразует неэлектрическую форму энергии в электрическую форму энергии, известен какelectrical transducer. Вblock diagram электрического преобразователя показан на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, электрический преобразователь выдает на выходе электрическую энергию. Выходной сигнал электрического преобразователя эквивалентен входу, который имеет неэлектрическую энергию.

Типы электрических преобразователей

В основном электрические преобразователи можно разделить на следующие two types.

  • Активные преобразователи
  • Пассивные преобразователи

Теперь давайте кратко обсудим эти два типа преобразователей.

Активные преобразователи

Преобразователь, который может производить одну из электрических величин, таких как напряжение и ток, известен как active transducer. Его также называют самогенерирующим преобразователем, поскольку он не требует внешнего источника питания.

В block diagram активного преобразователя показано на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, активный преобразователь будет генерировать электрическую величину (или сигнал), которая эквивалентна неэлектрической входной величине (или сигналу).

Examples

Ниже приведены примеры активных преобразователей.

  • Пьезоэлектрический преобразователь
  • Фотоэлектрический преобразователь
  • Термоэлектрический преобразователь

Мы обсудим эти активные преобразователи в следующей главе.

Пассивные преобразователи

Преобразователь, который не может производить электрические величины, такие как напряжение и ток, известен как passive transducer. Но это вызывает изменение в одном из пассивных элементов, таких как резистор (R), катушка индуктивности (L) и конденсатор (C). Пассивный преобразователь требует внешнего источника питания.

В block diagram пассивного преобразователя показано на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, пассивный преобразователь будет производить изменение пассивного элемента в соответствии с изменением неэлектрической входной величины (или сигнала).

Examples

Ниже приведены примеры пассивных преобразователей.

  • Резистивный преобразователь
  • Индуктивный преобразователь
  • Емкостный преобразователь

Мы обсудим эти пассивные преобразователи в следующих главах.

Active transducerпредставляет собой преобразователь, который преобразует неэлектрическую величину в электрическую величину. Давайте рассмотрим неэлектрические величины, такие как давление, освещенность и температура. Следовательно, мы получим следующие три активных преобразователя в зависимости от выбранной нами неэлектрической величины.

  • Пьезоэлектрический преобразователь
  • Фотоэлектрический преобразователь
  • Термоэлектрический преобразователь

Теперь давайте поговорим об этих трех активных преобразователях один за другим.

Пьезоэлектрический преобразователь

Активный преобразователь называется piezo electric transducer, когда он производит электрическую величину, эквивалентную входному давлению. Следующие три вещества проявляют пьезоэлектрический эффект.

  • Quartz
  • Рошель соли
  • Tourmaline

Пьезоэлектрический эффект, проявляемый этими тремя веществами, представляет собой соли турмалина, кварца и рошеля в этом порядке возрастания. Механическая прочность этих трех веществ в порядке возрастания - соли Рошеля, Кварц, Турмалин.

Quartz используется в качестве пьезоэлектрического преобразователя, поскольку он демонстрирует умеренный пьезоэлектрический эффект и имеет умеренную механическую прочность среди этих трех пьезоэлектрических веществ.

Кварцевый преобразователь

В circuit diagramКварцевого преобразователя показано на рисунке ниже. Как показано на рисунке, кристалл кварца помещен между основанием и элементом суммирования усилий. Выходное напряжение можно измерить на металлических электродах, которые расположены с двух сторон кристалла кварца.

В output voltage, $ V_ {0} $ вышеуказанного датчика давления будет

$$ V_ {0} = \ frac {Q} {C} $$

Фотоэлектрический преобразователь

Активный преобразователь называется фотоэлектрическим преобразователем, когда он производит электрическую величину, эквивалентную освещенности входящего света. Вcircuit diagram фотоэлектрического преобразователя показано на рисунке ниже.

В working фотоэлектрического преобразователя упоминается ниже.

  • Step1 - Фотоэлектрический преобразователь высвобождает электроны, когда свет падает на его катод.

  • Step2 - Фотоэлектрический преобразователь создает в цепи ток I из-за притяжения электронов к аноду.

Мы можем найти sensitivity фотоэлектрического преобразователя по следующей формуле.

$$ S = \ frac {I} {i} $$

Где,

$ S $ - чувствительность фотоэлектрического преобразователя.

$ I $ - выходной ток фотоэлектрического преобразователя.

$ i $ - освещенность световода фотоэлектрического преобразователя.

Термоэлектрический преобразователь

Активный преобразователь называется thermo electric transducer, когда он производит электрическую величину, эквивалентную входной температуре. Следующие два преобразователя являются примерами термоэлектрических преобразователей.

  • Термисторный преобразователь
  • Преобразователь термопары

Теперь давайте поговорим об этих двух преобразователях один за другим.

Термисторный преобразователь

Резистор, который зависит от температуры, называется терморезистором. Вкратце это называетсяThermistor. Температурный коэффициент термистора отрицательный. Это означает, что с увеличением температуры сопротивление термистора уменьшается.

Mathematically, связь между сопротивлением термистора и температурой может быть представлена ​​как

$$ R_ {1} = R_ {2} e ^ \ left (\ beta \ left [\ frac {1} {T_ {1}} - \ frac {1} {T_ {2}} \ right] \ right) $$

Where,

$ R_ {1} $ - сопротивление термистора при температуре $ {T_ {1}} ^ {0} K $

$ R_ {2} $ - сопротивление термистора при температуре $ {T_ {2}} ^ {0} K $

$ \ beta $ - температурная постоянная

В advantage Термисторного преобразователя заключается в том, что он обеспечивает быстрый и стабильный отклик.

Преобразователь термопары

Преобразователь термопары выдает выходное напряжение для соответствующего изменения температуры на входе. Если два провода из разных металлов соединяются вместе, чтобы создать два соединения, тогда вся эта конфигурация называетсяThermocouple. Принципиальная схема базовой термопары показана ниже -

Вышеупомянутая термопара имеет два металла, A и B, и два перехода, 1 и 2. Рассмотрим постоянную эталонную температуру, $ T_ {2} $ на стыке 2. Пусть температура на стыке 1 равна $ T_ {1} $. Термопара генерируетemf (электродвижущая сила), когда значения $ T_ {1} $ и $ T_ {2} $ различны.

Это означает, что термопара генерирует ЭДС всякий раз, когда существует разница температур между двумя переходами, 1 и 2, и она прямо пропорциональна разнице температур между этими двумя переходами. Mathematically, его можно представить как

$$ e \ alpha \ left (T_ {1} -T_ {2} \ right) $$

Где,

$ e $ - ЭДС, создаваемая термопарой.

Вышеупомянутая схема термопары может быть представлена, как показано на рисунке ниже для практического применения.

Часть цепи, которая находится между горячим и холодным спаями, включая эти два спая, является эквивалентной моделью базовой термопары. Гальванометр PMMC подключен через холодный спай, и он отклоняется в соответствии с ЭДС, генерируемой через холодный спай.Thermocouple transducer является наиболее часто используемым термоэлектрическим преобразователем.

passive transducer- преобразователь, который производит изменение пассивного элемента. Мы рассмотрим пассивные элементы, такие как резистор, катушка индуктивности и конденсатор. Следовательно, мы получим следующие три пассивных преобразователя в зависимости от того, какой пассивный элемент мы выберем.

  • Резистивный преобразователь
  • Индуктивный преобразователь
  • Емкостный преобразователь

Теперь давайте поговорим об этих трех пассивных преобразователях один за другим.

Резистивный преобразователь

Пассивный преобразователь называется resistive transducer, когда он производит изменение (изменение) значения сопротивления. следующая формула дляresistance, R металлического проводника.

$$ R = \ frac {\ rho \: l} {A} $$

Где,

$ \ rho $ - удельное сопротивление проводника

$ l $ - длина проводника

$ A $ - площадь поперечного сечения проводника

Значение сопротивления зависит от трех параметров $ \ rho, l $ & $ A $. Итак, мы можем сделатьresistive transducersна основе изменения одного из трех параметров $ \ rho, l $ & $ A $. Изменение любого из этих трех параметров изменяет значение сопротивления.

  • Сопротивление R прямо пропорционально resistivityпроводника, $ \ rho $. Таким образом, с увеличением удельного сопротивления проводника $ \ rho $ увеличивается значение сопротивления, R также увеличивается. Аналогично, поскольку сопротивление проводника, $ \ rho $ уменьшает значение сопротивления, R также уменьшается.

  • Сопротивление R прямо пропорционально lengthпроводника, $ l $. Таким образом, с увеличением длины проводника, $ l $ увеличивает значение сопротивления, R также увеличивается. Аналогично, с увеличением длины проводника $ l $ уменьшается значение сопротивления, R также уменьшается.

  • Сопротивление R обратно пропорционально cross sectional areaпроводника $ A $. Итак, с увеличением площади поперечного сечения проводника $ A $ значение сопротивления увеличивается, а R уменьшается. Точно так же, как площадь поперечного сечения проводника, $ A $ уменьшает значение сопротивления, R увеличивается.

Индуктивный преобразователь

Пассивный преобразователь называется inductive transducer, когда он производит изменение (изменение) значения индуктивности. следующая формула дляinductance, L индуктора.

$ L = \ frac {N ^ {2}} {S} $ Уравнение 1

Где,

$ N $ - количество витков катушки

$ S $ - количество витков катушки

следующая формула для reluctance, S катушки.

$ S = \ frac {l} {\ mu A} $ Уравнение 2

Где,

$ l $ - длина магнитопровода

$ \ mu $ - проницаемость ядра

$ A $ - это площадь магнитной цепи, через которую проходит поток.

Замените уравнение 2 на уравнение 1.

$$ L = \ frac {N ^ {2}} {\ left (\ frac {l} {\ mu A} \ right)} $$

$ \ Rightarrow L = \ frac {N ^ {2} \ mu A} {l} $ Уравнение 3

Из Уравнения 1 и Уравнения 3 мы можем заключить, что значение индуктивности зависит от трех параметров $ N, S $ & $ \ mu $. Итак, мы можем сделатьinductive transducersна основе изменения одного из трех параметров $ N, S $ & $ \ mu $. Потому что изменение любого из этих трех параметров изменяет значение индуктивности.

  • Индуктивность, L прямо пропорциональна квадрату number of turns of coil. Таким образом, с увеличением числа витков катушки, $ N $ увеличивает значение индуктивности, $ L $ также увеличивается. Аналогично, с увеличением количества витков катушки, $ N $ уменьшает значение индуктивности, $ L $ также уменьшается.

  • Индуктивность $ L $ обратно пропорциональна reluctance of coil, $ S $. Таким образом, поскольку сопротивление катушки, $ S $ увеличивает значение индуктивности, $ L $ уменьшается. Точно так же, как сопротивление катушки, $ S $ уменьшает значение индуктивности, $ L $ увеличивается.

  • Индуктивность, L прямо пропорциональна permeability of core, $ \ mu $. Таким образом, по мере увеличения проницаемости сердечника, $ \ mu $ увеличивает значение индуктивности, L также увеличивается. Точно так же, как проницаемость сердечника, $ \ mu $ уменьшает значение индуктивности, L также уменьшается.

Емкостный преобразователь

Пассивный преобразователь называется capacitive transducer, когда он производит изменение (изменение) значения емкости. следующая формула дляcapacitance, C конденсатора с параллельными пластинами.

$$ C = \ frac {\ varepsilon A} {d} $$

Где,

$ \ varepsilon $ - диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость.

$ A $ - эффективная площадь двух пластин

$ d $ - эффективная площадь двух пластин

Значение емкости зависит от трех параметров $ \ varepsilon, A $ & $ d $. Итак, мы можем сделатьcapacitive transducersна основе изменения одного из трех параметров $ \ varepsilon, A $ & $ d $. Потому что изменение любого из этих трех параметров изменяет значение емкости.

  • Емкость, C прямо пропорциональна permittivity, $ \ varepsilon $. Таким образом, как диэлектрическая проницаемость, $ \ varepsilon $ увеличивает значение емкости, C также увеличивается. Аналогично, как диэлектрическая проницаемость, $ \ varepsilon $ уменьшает значение емкости, C также уменьшается.

  • Емкость, C прямо пропорциональна effective area of two plates, $ A $. Таким образом, поскольку эффективная площадь двух пластин, $ A $ увеличивает значение емкости, C также увеличивается. Аналогично, поскольку эффективная площадь двух пластин, $ A $ уменьшает значение емкости, C также уменьшается.

  • Емкость, C обратно пропорциональна distance between two plates, $ d $. Итак, по мере увеличения расстояния между двумя пластинами $ d $ увеличивает значение емкости, C уменьшается. Аналогично, по мере того, как расстояние между двумя пластинами, $ d $ уменьшает значение емкости, C увеличивается.

В этой главе мы обсудили три пассивных преобразователя. В следующей главе давайте обсудим пример для каждого пассивного преобразователя.

В physical quantitiesтакие как смещение, скорость, сила, температура и т. д. - все это неэлектрические величины. активный преобразователь преобразует физическую величину в электрический сигнал. В то время как пассивный преобразователь преобразует физическую величину в вариацию пассивного элемента.

Таким образом, исходя из требований, мы можем выбрать активный или пассивный преобразователь. В этой главе давайте обсудим, как измерить смещение с помощью пассивного преобразователя. Если тело движется из одной точки в другую по прямой, то длина между этими двумя точками называетсяdisplacement.

У нас есть следующие three passive transducers

  • Резистивный преобразователь
  • Индуктивный преобразователь
  • Емкостный преобразователь

Теперь давайте обсудим измерение смещения с помощью этих трех пассивных преобразователей один за другим.

Измерение смещения с помощью резистивного преобразователя

В circuit diagram резистивного преобразователя, который используется для измерения смещения, показан на рисунке ниже.

Вышеупомянутая схема состоит из потенциометра и источника напряжения $ V_ {S} $. Можно сказать, что эти два соединены параллельно по отношению к точкам A и B. Потенциометр имеет скользящий контакт, который можно изменять. Итак, точка C - переменная. В приведенной выше схемеoutput voltage, $ V_ {0} $ измеряется в точках A и C.

Mathematically, связь между напряжениями и расстояниями может быть представлена ​​как

$$ \ frac {V_ {0}} {V_ {S}} = \ frac {AC} {AB} $$

Следовательно, мы должны соединить тело, смещение которого необходимо измерить, с скользящим контактом. Итак, всякий раз, когда тело движется по прямой, точка C также меняется. В связи с этим соответствующим образом изменяется и выходное напряжение $ V_ {0} $.

В этом случае мы можем найти смещение, измерив выходное напряжение $ V_ {0} $.

Измерение смещения с помощью индуктивного преобразователя

В circuit diagram Индуктивного преобразователя, который используется для измерения смещения, показан на рисунке ниже.

Трансформатор, представленный в указанной выше схеме, имеет первичную обмотку и две вторичные обмотки. Здесь концы двух вторичных обмоток соединены вместе. Итак, можно сказать, что эти две вторичные обмотки соединены вseries opposition.

Напряжение $ V_ {P} $ подается на первичную обмотку трансформатора. Пусть напряжение, развиваемое на каждой вторичной обмотке, равно ?? '‰ ð ??' † 1 и ð ?? '‰ ð ??' † 2. Выходное напряжение $ V_ {0} $ снимается с начальных точек двух вторичных обмоток.

Mathematically, выходное напряжение ?? '‰ 0 можно записать как

$$ V_ {0} = V_ {S1} -V_ {S2} $$

Трансформатор, представленный в приведенной выше схеме, называется differential transformer, поскольку он производит выходное напряжение, которое является разницей между $ V_ {S1} $ и $ V_ {S2} $.

  • Если сердечник находится в центральном положении, то выходное напряжение $ V_ {0} $ будет равно нулю. Потому что соответствующие величины и фазы $ V_ {S1} $ и $ V_ {S2} $ одинаковы.

  • Если ядро ​​не в центральном положении, то выходное напряжение $ V_ {0} $ будет иметь некоторую величину и фазу. Потому что соответствующие величины и фазы $ V_ {S1} $ и $ V_ {S2} $ не равны.

Следовательно, мы должны соединить тело, смещение которого необходимо измерить, с центральным ядром. Итак, когда тело движется по прямой линии, центральное положение ядра меняется. В связи с этим соответствующим образом изменяется и выходное напряжение $ V_ {0} $.

В этом случае мы можем найти displacementизмеряя выходное напряжение, $ V_ {0} $. Величина и фаза выходного напряжения, $ V_ {0} $ представляет смещение тела и его направление соответственно.

Измерение смещения с помощью емкостного преобразователя

В circuit diagram емкостного преобразователя, который используется для измерения смещения, показан на рисунке ниже.

В capacitor, который присутствует в схеме выше, имеет две параллельные пластины. При этом одна пластина является неподвижной, а другая - подвижной. Из-за этого расстояние между этими двумя пластинами также будет различаться. значение емкости изменяется при изменении расстояния между двумя пластинами конденсатора.

Следовательно, мы должны подключить тело, displacementизмеряется на подвижной пластине конденсатора. Итак, всякий раз, когда тело движется по прямой, расстояние между двумя пластинами конденсатора меняется. Из-за этого изменяется величина емкости.

Системы, используемые для сбора данных, известны как data acquisition systems. Эти системы сбора данных будут выполнять такие задачи, как преобразование данных, хранение данных, передача данных и обработка данных.

Системы сбора данных учитывают следующее analog signals.

  • Аналоговые сигналы, получаемые путем прямого измерения электрических величин, таких как напряжения постоянного и переменного тока, постоянные и переменные токи, сопротивление и т. Д.

  • Аналоговые сигналы, получаемые от датчиков, таких как LVDT, термопары и т. Д.

Типы систем сбора данных

Системы сбора данных можно разделить на следующие two types.

  • Системы сбора аналоговых данных
  • Системы сбора цифровых данных

Теперь давайте обсудим эти два типа систем сбора данных по очереди.

Системы сбора аналоговых данных

Системы сбора данных, которые могут работать с аналоговыми сигналами, известны как analog data acquisition systems. Ниже приведены блоки аналоговых систем сбора данных.

  • Transducer - Преобразует физические величины в электрические сигналы.

  • Signal conditioner - Он выполняет такие функции, как усиление и выбор нужной части сигнала.

  • Display device - Отображает входные сигналы для мониторинга.

  • Graphic recording instruments - Их можно использовать для постоянной записи входных данных.

  • Magnetic tape instrumentation - Он используется для сбора, хранения и воспроизведения входных данных.

Системы сбора цифровых данных

Системы сбора данных, которые могут работать с цифровыми сигналами, известны как digital data acquisition systems. Таким образом, они используют цифровые компоненты для хранения или отображения информации.

В основном следующие operations имеют место при сборе цифровых данных.

  • Получение аналоговых сигналов
  • Преобразование аналоговых сигналов в цифровые сигналы или цифровые данные
  • Обработка цифровых сигналов или цифровых данных

Ниже приведены блоки Digital data acquisition systems.

  • Transducer - Преобразует физические величины в электрические сигналы.

  • Signal conditioner - Он выполняет такие функции, как усиление и выбор нужной части сигнала.

  • Multiplexer- соединяет один из нескольких входов с выходом. Таким образом, он действует как параллельный последовательный преобразователь.

  • Analog to Digital Converter - Он преобразует аналоговый вход в эквивалентный цифровой выход.

  • Display device - Отображает данные в цифровом формате.

  • Digital Recorder - Используется для записи данных в цифровом формате.

Системы сбора данных используются в различных приложениях, таких как биомедицина и аэрокосмическая промышленность. Таким образом, мы можем выбрать либо аналоговые системы сбора данных, либо системы сбора цифровых данных в зависимости от требований.