1.1.4 Меры электрических величин

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. В качестве мер могут служить измерительный резистор (мера электрического сопротивления), конденсатор постоянной емкости (мера электрической емкости), кварцевый генератор (мера частоты электрических колебаний).

1.2 Виды измерений и методы измерений. Средства измерений, их технические и метрологические характеристики

Все виды измерений физических величин (ФВ) подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым измерением называется измерение, при котором числовые значения ФВ находят при помощи приборов (например, измерение напряжения вольтметром, тока – амперметром и т.д.).

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение ФВ находится по результатам прямых измерений (например мощность по результатам UиI).

Совокупные и совместные измерения требуют измерения одновременно нескольких одноименных и неодноименных величин, а искомые значения ФВ находят решением систем уравнений и нахождении зависимости между ними соответственно.

1.2.2 Методы измерений

Метод измерения – это способ экспериментального определения значения ФВ.

Методы измерения делятся на метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки заключается в определении значения ФВ по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, вольтметра, амперметра). Этот метод является наиболее распространенным, но его точность зависит от точности измерительного прибора.

метод сравнения заключается в сравнении измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод измерения может быть точнее, чем метод непосредственной оценки. Метод сравнения с мерой имеет следующие разновидности: противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений.

Отличительной чертой методов сравнения являются непосредственное участие меры в процедуре измерения, в то время как в методе непосредственной оценки мера в явном виде при измерении не присутствует, а ее размеры перенесены на отсчетное устройство (шкалу) средства измерения заранее, при его градуировке. Обязательным в методе сравнения является наличие сравнивающего устройства.

В методе противопоставления измеряемая и воспроизводимая мерой величины одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами.

Нулевой метод (или метод полного уравновешивания) – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и встречного воздействия меры на сравнивающее устройство сводят к нулю.

При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

В методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

1.2.3 Средства измерений

Общим термином средства измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, т.е. характеристики, влияющие на результаты и на точность измерений. По конструктивному исполнению и форме представления измерительной информации средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительные преобразователи.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения одного или нескольких фиксированных значений физической величины заданного размера.

Измерительный прибор (ИП) – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В зависимости от формы представления информации различают аналоговые и цифровые приборы.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в системах управления, контроля, диагностирования и т.п.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки и хранения. Измерительная информация на выходе измерительного преобразователя, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Важнейшей характеристикой средств измерений является его метрологическая характеристика, с помощью которой определяют значение измеряемой величины и аппаратную составляющую погрешности результата измерения. Метрологические характеристики устанавливаются нормативно-технической документацией и называются нормируемыми.

К основным метрологическим характеристикам средств измерений относят: погрешность измерений; класс точности; чувствительность; надежность; время измерения; потребляемая мощность.

Погрешность средства измерения – метрологическая характеристика, количественно выражающая отклонение номинального значения физической величины, воспроизводимой или измеряемой данным средством измерений и погрешности средств измерений. Несовершенство измерительных приборов является лишь одним из источников погрешности измерений.

Класс точности – это обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

Чувствительность прибора к измеряемой величине S– отношение измерения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины,S=Δα /Δх. Чувствительность прибора имеет размерность, зависящую от измеряемой величины, поэтому ее конкретизируют: «чувствительность прибора к напряжению, току или мощности».

Для стрелочных приборов величина, обратная чувствительности называется ценой деления шкалы прибора, С = 1/S. она определяется как число единиц измеряемой величины, приходящейся на одно деление шкалы.

Под временем установления показаний измерительного (стрелочного) прибора понимается промежуток времени, прошедшей с момента подключений или измерения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1,5% длины шкалы. Для большинства стрелочных электроизмерительных приборов время установления не превышает 4 с. Цифровые приборы характеризуются временем измерения, под которым понимают время от момента начала цикла измерения до момента получения результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью (раздел 3).

При включении измерительного прибора в цепь, к которой приложено напряжение, часть энергии потребляется прибором, что вызывает погрешность измерения. Поэтому важной характеристикой прибора является величина потребляемой мощности, которая в разных типах приборов может лежать в пределах от 10

-12до 15 Вт.

под надежностью измерительных приборов понимают их способность сохранять заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Количественной мерой надежности является минимальная вероятность безотказной работы прибора в заданном промежутке времени.

Меры электрических величин

Эталоны, которые воспроизводят единицу измерения, называют мерами. По назначению меры делят наобразцовые и рабочие. Меры, утвержденные в качестве образцо­вых, предназначаются для поверки и градуировки рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для измерений.

По точности воспроизведения физической величины образцо­вые меры бывают 1, 2 и 3-го разрядов, причем наименьшая по­грешность воспроизведения у меры 1-го разряда. По допускаемой погрешности воспроизведения значения физической величины рабочие меры относят к различным классам точности.

По наименованию воспроизводимой единицы меры делятся на меры э. д.с. или электрического напряжения; меры электрического сопротивления; меры электрической емкости; меры индуктивности и взаимной индуктивности; меры магнитной индукции; меры магнитного потока. По количеству воспроизводимых размеров величины меры делят на однозначные и многозначные и наборы мер. Од­нозначные меры воспроизводят одно значение физиче­ской величины. Многозначные меры воспроизводят (плавно или дискретно) ряд значений одной и той же физической величины. Широкое применение имеют мага­зины сопротивлений, емкости и индуктивности, обеспечивающие ряд дискретных значений.

Меры э.д.с. и электрического напряжения. В качестве образцовой меры э.д.с. используют нормальные элементы (НЭ). НЭ представляют собой специальный источник химической энергии, состоящий из стабильного обратимого гальванического элемента с точно известной э.д.с. Обратимость гальванического элемента заключается в том, что при его разряде химическая реакция протекает в одном направлении, а при заряде, т. е. при восстановлении, в обратном. Выпускают нормальные элементы двух типов — насыщенные и ненасыщенные, в зависимости от того, насыщенный или ненасыщенный водный раствор сернокислого кадмия используется в них в качестве электролита. Отличаются они своими характеристиками.

Н

асыщенный нормальный элемент (рис. 5.1) состо­ит из Н-образного стеклянного сосуда, заполненного определенными веществами. Верхние концы сосуда за­паяны, а в нижние впаяны платиновые проволочки— выводы.

П

—

оложительным элект­родом насыщенного нор­мального элемента является ртуть, а отрицательным— амальгама кадмия. Анодная ветвь имеет следующее за­полнение: ртуть — 1, суль­фат ртути — 2,кристаллы сульфата кадмия — 3.Катодная ветвь состоит из следу­ющих частей: амальгама кадмия – 4 (10-12 % кадмия и 88-90 % ртути), кристаллы сульфата кадмия – 5. Средние части 6 обеих ветвей заполнены насыщенным раствором сульфата кадмия, содержащего избыток кри­сталловCdS0₄8/3Н₂О. Кристаллы сульфата кадмия 3 и 5 обеспечивают сохранение насыщения электролита 6. Нормальный элемент заключен в металлический, деревянный или пластмассовый кожух с хорошо изолированными зажимами, к которым присоединяются проводники от электродов.

Значения э.д.с. насыщенного НЭ при 20 ⁰С лежат в диапазоне Е₂₀= 1,018540 – 1,018730 В. Согласно ГОСТ 1954-82 насыщенные НЭ могут иметь один из следующих классов точности: 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005. Эти значения соответствуют наибольшим допускаемым изменениям э.д.с. за 1 год – на 2, 5, 10, 20, и 50 мкВ. Наибольший ток, который можно пропускать через насыщенный НЭ, определяется временным режимом работы и зависит от класса точности элемента. Согласно ГОСТ 1954-82 наибольший допустимый ток лежит в диапазоне от 0,002 до 1 мкА. Если температура НЭ отличается от 20⁰С, то изменение э.д.с. следует учитывать по формуле

E_t = E₂₀ – 40,610^-6(t-20) – 0,9510^-6(t-20)² +0,0110^-6(t-20)³ ,

где E_t – э. д.с, В, при температуреt,⁰C;Е₂₀ – э.д.с., В, при температуре 20⁰С, указанная в паспорте НЭ. Внутреннее сопротивление насыщенных НЭ составляет 500 – 2000 Ом.

Ненасыщенные НЭ отличаются от насыщенных тем, что у них применяется ненасыщенный раствор сульфата кадмия, который не содержит кристаллов CdS0₄8/3Н₂О при температуре выше 4⁰С. Воспроизводимость и стабильность значения э.д.с. ненасыщенных НЭ ниже, чем насыщенных.

Конструкция ненасыщенных нормальных элементов аналогична конструкции насыщенных. Ненасыщенные НЭ выпускаются с классами точности 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02. Это соответствует допустимым изменениям э.д.с. на 20, 50, 100 и 200 мкВ в год. Э.д.с. ненасыщенных НЭ лежит в диапазоне Е = 1,018800 — 1,019600 В и незначительно зависит от температуры (не более 0,0002 % на 1 К). Внутреннее сопротивление 300 — 600 Ом. Вследствие пониженных требований к точности воспроизведения значения э. д.с. ненасыщенных нормальных элементов максимальный ток их больше, чем у насыщенных, и составляет 100 мкА. При работе с НЭ следует оберегать их от тряски, опрокидывания, перегрева и воздействия сильного света. Эти требования менее жестки для ненасыщенных НЭ, поэтому они нашли широкое применение в переносных средствах измерения.

В последнее время для получения весьма точного постоян­ного напряжения с погрешностью 510^-8используют открытый в 1962 г. эффект Джозефсона. Элемент Джозефсона состоит из двух сверхпроводников, соединенных друг с другом посредством тонкого слоя несверхпроводящего материала. При протекании через сверхпроводники постоянного тока в контактной зоне эле­мента Джозефсона устанавливается напряжение (эффект по­стоянного тока Джозефсона). Если на этот постоянный ток нало­жить переменный ток высокой частоты, то возникает эффект переменного тока Джозефсона. Переменный ток влияет таким образом, что вольт-амперная характеристика у элемента имеет ступенчатую форму. Напряжение каждой ступени

U = hf / 2e.

Так как отношение h/eдвух постоянных (h —постоянная Планка,е —элементарный заряд) также постоянно, то опреде­ление напряжения сводится к измерению частотыf.Как из­вестно, частота может быть измерена с очень высокой точ­ностью. При частоте 10 ГГц напряжение ступениUравно примерно 20 мкВ. Это напряжение в противоположность э.д.с. нормального элемента не зависит от внешних факторов, таких как температура, сотрясения, вибрации, электрические нагрузки, старение и т. д. Правда, из-за больших технических сложностей, возникающих при изготовлении установки с элементом Джозеф­сона, он применяется только при очень высоких требованиях к точности.

В качестве рабочего образцового напряжения в последнее время широко применяют стабилизированные источники со ста­билитронами.

Меры электрического сопротивления. Мерами электрического сопротивления называют образцо­вые резисторы, если они для этой цели сконструированы, изго­товлены и прошли государственную поверку. Все другие рези­сторы называют измерительными. Они могут быть иногда использованы также в качестве образцовых резисторов более низкого порядка, если имеют соответствующее свидетельство о государственной поверке. Предполагается при этом, что они удовлетворяют минимальным требованиям к точности и ста­бильности.

Образцовые резисторы изготавливают из манганина. Манганин пред­ставляет собой сплав из 84 % меди, 12 % марганца и 4 % ни­келя. Он имеет большое удельное электрическое сопротивление, очень малый температурный коэффициент — порядка 110^-5К^-1 и малую термо-э.д.с. в паре с медью. Для резисторов сопротивлением от 10^-4до 10^-2Ом применяют листовой манганин, от 10^-1до 10²— манганиновую проволоку, намотанную бифилярно, а для 10³— 10⁵Ом — намотанную по Шаперону (рис. 5.2).

Образцовые резисторы могут иметь класс точности от 0,0005 до 0,1 при номинальном сопротивлении от 10^-5до 10¹⁰Ом.

На рис. 5.3 показан внешний вид образцового резистора.На металлический или фарфоровый каркас 1 наматывается обмотка 2 из манганиновой проволоки, концы которой припаиваются к зажимам 3 и 4. Каркас катушки крепится к корпусу с отверстиями для лучшего охлаждения обмотки. В некоторых конструкциях каркас заполняется трансформаторным маслом, что повышает влагостойкость изоляции и улучшает условия теплоотдачи обмотки.

Катушки снабжаются четырьмя зажимами, два из которых называются токовыми (зажимы 4) и предназначены для включения образцовой катушки в цепь тока, два других называются потенциальными (зажимы 3). Потенциальные зажимы предназначены для измерения падения напряжения на сопротивлении катушки. Образцовые резисторы из манганина могут быть нагружены в воздухе до 1 Вт, а в масляной ванне — до 4 Вт.

При работе в цепях переменного тока может существенную (и нежелательную) роль играть реактивность резистора, обусловленная её индуктивностью L₀ и собственной емкостьюC₀ . При этом полное сопротивление образцового резистора приближенно дается формулой

Z = R + j(L₀ — R²C₀).

Отношение =(L₀ — R²C₀)/Rхарактеризует степень реактивности резистора. Величинаназываетсяпостоянной времени.Её значение обычно лежит в пределах 10^-8– 10^-5с. Чтобы уменьшить, применяют специальные виды намотки (см. рис. 5.2).

Магазины сопротивлений являются образцовыми мерами с пе­ременным значением сопротивлений. Применяемые в магазинах катушки сопротивлений обычно имеют простую бифилярную намот­ку. В магазинах сопротивлений, изготовляемых для измерений с повышенной точностью в цепях переменного тока, для уменьше­ния постоянной времени катушек применяют более сложные намот­ки. Во многих случаях магазины сопротивлений используются в качестве реостатов или потенциометров для регулирования тока или напряжения в маломощных электрических цепях. В зависимости от способа переключения сопротивлений магази­ны делятся на штепсельные и рычажные. Штепсельные имеют на­бор катушек сопротивлений, соединенных последовательно (рис.5.4).

Каждая катушка подсоединяется к латунным пластинам, которые можно соединять между собой с помощью штепселей — конических стерж­ней, вставляемых в специаль-ные гнезда, и тем самым закорачи-вать катушки. При полностью вставленных штепселях все катушки со­противлений будут закорочены и сопротивление магазина будет мини-мальным, наоборот, если все гнезда будут свободны от штеп­селей, сопротивление магазина будет максимальным.

Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких декад (рис. 5.5).

Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких де­кад (рис.5.5).

Концы однотипных катушек сопротивлений для каждой дека­ды подсоединяются к контактам, по которым скользят щетки, же­стко скрепленные с рычагами. Суммарное сопротивление магазина отсчитывается по положению рычагов в каждой декаде.

Магазины сопротивлений выпускаются следующих классов точ­ности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. При работе ток (мощность рассеяния) не должен превышать допустимого значения, указанно­го на маркировке. Магазины сопротивлений, предназначенные для использования на высоких частотах (сотни килогерц и выше), из­готовляют из непроволочных резисторов. Точность таких магазинов не лучше класса 1,0.

Меры индуктивности и взаимной индук­тивности. Меры индуктивности и взаимной индуктивно­сти выполняют в виде образцовых катушек и магазинов. Образ­цовая катушка состоит из изолированного провода, намотанного на плоский каркас из мрамора, фарфора или пластмассы (рис. 5.6).

Для уменьшения актив-ного сопротивления и влияния поверхност­ного эффекта используется провод, состоя-щий из большого числа тонких изолированных жил, называемый «литцендрат». Для улучшения изоляции витков и повышения стабильности индуктивности обмотку пропитывают пара-фином. Витки жестко скрепля­ются между собой и каркасом.

Катушки взаимной индуктивности состоят из двух индуктивно связанных образцовых катушек (рис. 5.6 б) и могут быть исполь­зованы как двухполюсник или четырехполюсник. Катушки индук­тивности изготовляют на значения от 0,0001 до 10 Гн, а катушки взаимной индуктивности — на значения от 0,001 до 0,1 Гн. Классы точности таких катушек 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.

Меры индуктивности применяются для измерения в цепях пе­ременного тока. Каждая катушка, кроме собственной индуктивно­сти L₀,имеет межвитковую емкостьС₀и некоторое омическое со­противлениеR.ЗначенияС₀иRв мерах индуктивности стремятся получить минимальными.

Катушки индуктивности характеризуются добротностью Q = L₀/R, причем, чем выше добротность, тем качественней катушка.

Мерами переменных и взаимных индуктивностей служат мага­зины индуктивностей и вариометры. Магазины индуктивностей представляют собой набор катушек индуктивностей, расположен­ных в одном корпусе с переключающими устройствами. Чтобы при различных значениях индуктивностей не изменялось активное со­противление цепи, предусмотрены катушки сопротивления, заме­щающие активное сопротивление Rвыключаемых катушек индук­тивности.

Вариометры изготовляют из двух индуктивно связанных кату­шек. Меняя плавно взаимное расположение этих катушек, можно изменять коэффициент взаимной индуктивности. Катушки варио­метра можно соединять последовательно или параллельно, что позволяет менять общую индуктивность вариометра в зависимости от угла поворота одной катушки относительно другой. Угол пово­рота отсчитывается по шкале, а значения индуктивности и взаим­ной индуктивности определяют по градуировочным таблицам.

Меры электрической емкости. Меры электрической емкости изготовляют в виде образцовых измерительных конденсаторов постоянной емкости, ма­газинов емкостей и конденсаторов переменной емкости. В образцовых конденсаторах постоянной емкости диэлектриком является воздух или слюда. Такие «воздушные» и «слюдяные» конденсато­ры имеют большое сопротивление изоляции и малые потери в ди­электрике; их емкость не зависит от частоты и формы приложен­ного напряжения, а зависимость от температуры — минимальна. Особо высокая точность воспроизведения емкости обеспечивается конденсаторами с воздушным диэлектриком, однако из-за больших габаритов они выпускаются до емкости 0,01 мкФ. Конструкция об­разцовых конденсаторов определяется рабочим напряжением: при низких напряжениях пластины плоскопараллельные, при высоких — цилиндрические. Погрешность емкости образцовых воздушных конденсаторов находится в пределах ± (0,03—0,05) %.

Конденсаторы со слюдяным диэлектриком позволяют получить большие значения емкости при меньших размерах и пото­му широко применяются как образцовые и рабочие меры, а также в магазинах емкостей. Слюдяные конденсаторы выпускаются с но­минальным значением емкости от 0,01 до 1мкФ; диэлектрические потери и температурный коэффициент емкости у них в несколько раз больше, чем у воздушных.

В магазинах емкостей необходимое значение емкости подбирается с помощью переключающих устройств штепсельного (рис. 5.7 а) или рычажного (рис. 5.7 б) типа. В последнее время образцовые конденсаторы малой емкости — от 1 до 510³пФ — изготовляют с воздушно-кварцевым или воздушно-полистироловым диэлектриком, а большой емкости — до 10⁸пФ — со стирофлексным.

В качестве образцовых конденсаторов переменной емкости применяются исключительно воздушные конденсаторы с высококачествен­ной изоляцией ротора от статора и совершенным отсчетным устройством. Максимальная емкость таких конденсаторов не пре­вышает 0,01 мкФ, потери в диэлектрике

tg= 10^-4, погрешность ус­тановки емкости составляет (0,05—0,1) %, температурный коэффи­циент емкости не превышает 0,003 % на 1°С.

Что такое электрические измерения? (с картинками)

`;

Промышленность

Факт проверен

К. В. Дезиэль

Дата последнего изменения: 27 сентября 2022 г.

Электрические измерения — это измерения напряжения, тока, мощности и сопротивления в электрической цепи. Также включены те, которые измеряют электрические характеристики самой цепи и материалов или компонентов, ее составляющих. Кроме того, электрические измерения — это измерения электромагнитного поля, окружающего проводник, по которому течет электрический ток. Все виды электрических измерений включают в себя методы, устройства и расчеты, характерные для выполняемых измерений.

Наиболее часто измеряемые величины в электрической цепи обычно определяются с помощью счетчика. Амперметр измеряет силу тока в амперах, вольтметр измеряет напряжение в вольтах, а омметр измеряет сопротивление в омах. Электрическая мощность цепи в ваттах, которая является произведением ее напряжения и силы тока, может быть рассчитана после определения этих двух величин или, если известно сопротивление и одна из величин, путем применения закона Ома. Функции амперметра, вольтметра и омметра объединены в устройстве, известном как мультиметр. Он имеет переключатель на передней панели, который позволяет пользователю выбирать функцию измерителя и чувствительность измерения.

Электрическое поле вокруг проводника может воздействовать на другие проводники поблизости, и электрические измерения его характеристик часто можно вывести из воздействия, которое оно оказывает на эти проводники. Если электрический ток в проводнике изменяется или течет, он генерирует магнитное поле, способное индуцировать ток в любом другом проводнике в пределах поля. Магнитное поле вокруг проводника с изменяющимся электрическим током, например проводника с переменным током в постоянном магнитном потоке, можно измерить с помощью датчика Холла. С другой стороны, постоянный ток создает электростатическое поле, которое можно определить с помощью электрометра, измеряющего силу отталкивания, индуцированную полем в двух одинаковых проводниках.

Электрические цепи и их компоненты имеют характеристики, влияющие на способность цепи проводить ток и генерировать магнитное поле. Электрические измерения этих характеристик часто определяются расчетами, основанными на измеряемых величинах цепи, таких как напряжение, ток и сопротивление. Например, емкость электрического устройства, предназначенного для удержания заряда, такого как аккумулятор, определяется на основе измерений электрической мощности и времени, необходимого для его зарядки. Индуктивность, способность цепи генерировать напряжение при погружении в магнитное поле, можно определить, измерив напряженность поля с помощью датчика Холла и величину тока, генерируемого в цепи, с помощью амперметра.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

КАК ПОКАЗАНО НА:

Измерение электрических величин

Измерение электрических величин, включая

• Измерение напряжения
• Измерение тока
• Измерение частоты
• Измерение фазового угла
• Измерение коэффициента мощности
• Измерение импеданса
• Измерение ВА
• Измерение мощности
• Измерение реактивной мощности
• Измерение энергии

Измерение напряжения

На рис. 10.9 показана блок-схема измерения напряжения постоянного тока. Во-первых, постоянное напряжение подается на схему пикового детектора для определения пикового значения постоянного напряжения, когда постоянное напряжение изменяется мгновенно. Обычно среднее и среднеквадратичное значения входного напряжения прямо пропорциональны пику постоянного напряжения.

Схема пикового детектора изображена на рис. 10.10.

Когда входное напряжение положительное, выход операционного усилителя управляет диодом D, а конденсатор C заряжается до положительного пикового значения постоянного входного напряжения. В этой схеме, когда диод D смещен в прямом направлении, операционный усилитель работает как повторитель напряжения. Если входное напряжение становится отрицательным, диод D смещается в обратном направлении, и напряжение на конденсаторе C будет сохраняться, пока конденсатор разряжается через сопротивление R _{L только} . Для удовлетворительной работы схемы пикового детектора постоянная времени заряда и разряда должна соответствовать заданному условию.

CR _D  ≤ CR _L

где,

• CR _D – постоянная времени заряда,
• CR _L – постоянная времени разряда,
• R _D – сопротивление диода прямого смещения,
• R _L – сопротивление нагрузки

Выходной сигнал схемы пикового детектора подается на аналого-цифровой преобразователь. Затем аналоговое напряжение постоянного тока подается на клемму аналогового входа аналого-цифрового преобразователя. Выход аналого-цифрового преобразователя является цифровым эквивалентом аналогового входного напряжения. Выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к портам ввода-вывода 8255, и микропроцессор может считывать этот цифровой выход АЦП через 8255 и передавать цифровые данные в аккумулятор. Взаимодействие АЦП с 8255 и микропроцессором показано на рис. 10.11.

В этот раздел «Измерение электрических величин» включена программа для измерения постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 5 В, которая отображается в диапазоне мВ. Таким образом, 0000 будет отображаться при 0 В, и аналогично 5000 будет отображаться при входном напряжении 5 В постоянного тока. При написании программы выполняются следующие шаги для измерения постоянного напряжения:

• Преобразование аналогового входного напряжения в цифровую форму и сохранение в ячейке памяти
• Найдите ячейку памяти справочной таблицы, в которой хранятся откалиброванные данные цифрового эквивалентного напряжения. Адрес вычисляется из следующих выражений. Фактический адрес = шестнадцатеричный код аналогового входного напряжения x 2 + начальный адрес
• Данные вызова сохраняются в двух последовательных ячейках памяти и отображаются в поле адреса микропроцессорного комплекта или на семисегментном дисплее.

Для измерения постоянного напряжения от 0 до 5 В микросхема аналого-цифрового преобразователя работает в униполярном режиме, и цифровое эквивалентное значение 0–5 В будет от 00H до 80H. 00H эквивалентно 0 В, а 80 эквивалентно 5 В. Когда аналоговое входное напряжение преобразуется в цифровой аналог с помощью аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор считывает цифровое эквивалентное напряжение. Справочная таблица или коэффициент умножения будут использоваться для калибровки цифрового эквивалентного напряжения для отображения. Разрешение 8-битного АЦП 0-5 В составляет 20 мВ. Тогда соотношение между аналоговым входным напряжением и шестнадцатеричным выходом равно 9.0003

где

• X — десятичный эквивалент шестнадцатеричного числа.

Два порта ввода-вывода, 8255-1 и 8255-2, используются для измерения напряжения постоянного тока. Порт A и порт C 8255-1 используются для интерфейса АЦП, а порт A и порт B 8255-2 используются для интерфейса дисплея. Предположим, что порт A и порт C верхнего уровня 8255-1 работают как входные порты, а порт B и нижний порт C — как выходные порты. Также предполагается, что все порты 8255-2 работают как выходные порты. Управляющее слово 8255-1 равно 9. 8H, а управляющее слово 8255-2 — 80H. Предположим, что используются следующие адреса портов 8255-1 и 8255-2, как показано в таблице 10.2.

Блок-схема измерения переменного напряжения (пиковое значение) представлена ​​на рис. 10.12. Выпрямитель используется для преобразования переменного напряжения в постоянное. Таким образом, выход выпрямителя представляет собой источник постоянного напряжения, который можно представить как источник постоянного напряжения, включенный последовательно с сопротивлением. В микропроцессорной системе необходимо выпрямлять милливольтовый высокочастотный сигнал. Когда в схеме выпрямителя используются обычные диоды, всегда имеется некоторое падение напряжения на диоде прямого смещения: 0,2 В для Ge-диода и 0,7 В для Si-диода, так что милливольтовый сигнал не может сместить прямой смещение обычного диода. Скорость переключения обычного диода также низкая. Если в прямом тракте операционного усилителя используется диод, напряжение включения диода будет делиться на коэффициент усиления без обратной связи, который в операционном усилителе очень велик. Тогда диод может работать в идеальном режиме с нулевым напряжением включения. Если в цепи обратной связи операционного усилителя использовать обычный диод, можно выпрямить высокочастотный милливольт. Этот выпрямитель известен как 9прецизионный выпрямитель 0055. Существует два типа прецизионных выпрямителей, таких как однополупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель. На рис. 10.13 показаны однополупериодные и двухполупериодные прецизионные выпрямители.

Величина переменного напряжения изменяется со временем. Таким образом, для поддержания аналогового напряжения в процессе аналого-цифрового преобразования требуется схема удержания выборки. Двунаправленный аналого-цифровой преобразователь должен использоваться для измерения как положительного, так и отрицательного напряжения для отображения мгновенного значения аналогового напряжения переменного тока. Для измерения среднего, а также среднеквадратичного значения переменного напряжения используется прецизионный выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное. Затем измерьте постоянное напряжение с помощью аналого-цифрового преобразователя, 8255 и микропроцессора, и после надлежащей калибровки оно отобразится в адресном поле микропроцессора или на семисегментном дисплее.

Аналогичный процесс будет выполняться при написании программы для измерения напряжения переменного тока. Для измерения высокого напряжения требуется трансформатор напряжения (PT). Первичная часть ТП подключена к высоковольтному источнику питания, а выход вторичной обмотки ТП подается на прецизионный выпрямитель.

Измерение тока

В этом измерении электрических величин сначала ток должен быть преобразован в напряжение с помощью преобразователя I в V, а затем напряжение измеряется микропроцессором с помощью аналого-цифрового преобразователя и программируемого периферийного устройства 8255. ИС интерфейса. На рис. 10.14 показана схема преобразователя постоянного тока в напряжение. Течение тока через R _S сопротивление равно нулю, так как операционный усилитель практически заземлен. Следовательно, через сопротивление R ₂ протекает ток I ₂ и выходное напряжение равно V ₀ = -I ₂ R ₂ . Схема преобразователя переменного тока в напряжение с использованием трансформатора тока (ТТ) и операционного усилителя изображена на рис. 10.15. Если выходное напряжение на вторичной обмотке ТТ равно В ₁ , выходное напряжение будет равно В ₀  = – R ₂ /R ₁  В ₁ .

На рис. 10.16 показано измерение тока двигателя постоянного тока. Для измерения тока сигнал тока преобразуется в сигнал напряжения. Последовательно с нагрузкой можно подключить очень низкое сопротивление примерно 0,1 Ом. Тогда напряжение на сопротивлении должно быть равно 0,1-кратному току нагрузки (I). После десятикратного усиления выходное напряжение усилителя должно сравняться с током. Затем выходное аналоговое напряжение подается на вход схемы пикового детектора, так что он может выдавать 5 вольт, когда через цепь протекает ток 5 А. После этого, измеряя напряжение, мы можем измерить аналоговый входной ток в цифровой форме. Программа для измерения напряжения может быть использована и для измерения тока. Но будут некоторые изменения в справочной таблице. В справочной таблице для каждого цифрового входного сигнала, связанного с соответствующим входом, текущие калиброванные данные должны храниться в двух последовательных ячейках памяти, как указано в таблице 10.4.

При измерении переменного тока трансформатор тока (ТТ) может заменить сопротивление датчика. Трансформатор тока (ТТ) или трансформатор с сердечником должен быть подключен к нагрузке, как показано на рис. 10.17. Выходной сигнал падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока или сопротивления нагрузки подается на аналого-цифровой преобразователь через прецизионный выпрямитель и схему пикового детектора. Затем микропроцессор измеряет аналоговое напряжение и отображает его на семисегментном индикаторе.

Для измерения постоянного тока предположим, что R = 0,1 Ом и максимальный ток I = 5 А. Тогда падение IR = 0,5 В. Если для увеличения напряжения используется усилитель с коэффициентом усиления = 10, выходное напряжение будет 5 В. Впоследствии можно использовать справочную таблицу для измерения напряжения и отображать ток в миллиамперах.

При измерении переменного тока предположим, что коэффициент трансформации ТТ = 10 : 1, а первичный ток I _P = 10 А. Тогда ток протекает через вторичную обмотку I _S = 1 А, а напряжение на сопротивлении В _R = 0,1 В. Две схемы усилителей будут использоваться для получения выходного напряжения 5 В. Коэффициент усиления усилителя первого каскада равен 10, коэффициент усиления усилителя второго каскада равен 5. Здесь полное аналоговое напряжение составляет 5 В для тока 10 А, а его цифровой эквивалент на выходе равен 80H. В этом случае можно использовать программу для напряжения, но необходимо изменить справочную таблицу. Модифицированная справочная таблица приведена ниже:

Измерение частоты

Чтобы измерить частоту сигнала переменного тока, сначала сигнал переменного тока преобразуется в прямоугольную форму постоянного тока с использованием детекторов перехода через нуль (ZCD), как показано на рис. 10.18. Затем измеряется период времени полупериода прямоугольной волны, который напрямую связан с частотой. Соотношение между частотой (f) и периодом времени (T) равно f = 1/T.

Обычно детектор перехода через ноль (ZCD) представляет собой работу операционного усилителя в разомкнутом контуре или в режиме насыщения и представляет собой компаратор с нулевым опорным напряжением. Детекторы пересечения нуля бывают двух типов — инвертирующего и неинвертирующего типа, как показано на рис. 10.18 (а) и (б) соответственно. Всякий раз, когда входное напряжение пересекает нулевую ось, выходное напряжение резко изменяется. В инвертирующем детекторе пересечения нуля входное напряжение подается на инвертирующую клемму, а сигнал выходного напряжения не совпадает по фазе (сдвиг фазы на 180° относительно входного напряжения). В случае неинвертирующего детектора пересечения нуля входное напряжение подается на неинвертирующую клемму. Следовательно, выходное напряжение находится в фазе с входным сигналом.

Как показано на рис. 10.18(b), ZCD преобразует положительный полупериод переменного входного напряжения в прямоугольную форму волны. Выход низкий в отрицательный полупериод и высокий в положительный полупериод. Амплитуда прямоугольной волны будет либо +V _CC , либо –V _CC . Когда операционный усилитель работает в диапазоне +12 В и –12 В, выходное напряжение будет варьироваться от +12 В до 2 В. Но микропроцессоры могут работать только при 5 В. Следовательно, выходной прямоугольный сигнал должен быть преобразован в +5 В и 0 В с помощью некоторого дополнительного устройства в ZCD, как показано на рис. 10.19..

Синусоидальный сигнал преобразуется в меандр с помощью компаратора напряжения LM 311 или операционного усилителя LM 747 или LM 324, как показано на рис. 10.19. Диод используется для выпрямления выходного сигнала. Делитель потенциала используется для уменьшения амплитуды до 5 вольт. Микропроцессор получает выходной сигнал ZCD через порты ввода-вывода 8255 для обнаружения переднего и заднего фронтов прямоугольного сигнала с помощью программы на языке ассемблера. Программа детекторов пересечения нуля для обнаружения переднего и заднего фронтов прямоугольного сигнала приведена ниже.

Вышеупомянутая программа была написана для обнаружения нарастающих и спадающих фронтов прямоугольного сигнала. Увеличение пары регистров BC после обнаружения нарастающего фронта и увеличение пары регистров DE после обнаружения заднего фронта.

Сначала примите порт A за вход, а порт B и порт C за выход. Найдите управляющее слово 8255 и загрузите его в регистр управляющего слова. Выход ZCD подключен к PA ₀ из 8255. Контакт PA ₀ будет либо низким, либо высоким. Если он высокий, он ждет, пока сигнал не станет низким. Как только он получит сигнал низкого уровня, будет увеличена пара регистров счетчика DE. Когда сигнал низкий, он ждет, пока сигнал не станет высоким. После этого будет увеличена пара регистров счетчика BC.

На рис. 10.20 показана блок-схема измерения частоты, состоящая из понижающего трансформатора, детектора перехода через нуль (ZCD), 8255 PPI и микропроцессора 8085. Понижающий трансформатор изменяет напряжение питания на сигнал 5 В и подает на ЗКД. Выход ZCD представляет собой прямоугольную волну 5 В, которая связана с PA ₀ 8255 PPI.

Микропроцессор проверяет состояние PA ₀ пин 8255. В точке P ₁ ,ПА ₀ = 0. ПА ₀ = 1 в точке Р ₂ .   Как только P ₂ становится равным 1, а состояние PA ₀ изменяется с 0 на 1, счетчик начинает считать, но микропроцессор непрерывно проверяет состояние PA ₀ , так как счетчик должен считать до PA ₀ меняется с 1 на 0. В точке P ₄ PA ₀ становится 0 из 1 и процессор завершает процесс подсчета. Таким образом, время полупериода измеряется значением счетчика, которое хранится в паре регистров BC. В микропроцессор будет сохранена справочная таблица для преобразования значения счетчика периода времени в частоту. Фактически, шестнадцатеричное значение счетчика сравнивается со справочной таблицей, и частота будет измерена и отображена в поле данных или поле адреса микропроцессора или в семисегментном дисплее.

В приведенной выше программе инструкции из ячеек памяти с 8007H по 800CH могут использоваться для проверки того, равен ли уровень вывода ZCD 0 или 1. Если он находится на высоком уровне или «1», снова выполните инструкции из ячейки памяти 8007. H до 800C H. В противном случае начните выполнение с ячейки памяти 800E H. Инструкции записываются между 800E H и 8013 H для обнаружения нарастающего фронта выходного сигнала ZCD (сигнал прямоугольной формы). Как только обнаруживается нарастающий фронт, счетчик начинает считать и снова считывает PA 9.0067 0 для проверки состояния выхода ZCD. Здесь пара регистров BC используется в качестве счетчика, и он непрерывно считает до тех пор, пока не будет обнаружен спадающий фронт прямоугольной волны на выходе ZCD. Для этой цели используются части основной программы из ячеек памяти с 8015H по 801BH. Таким образом, период времени для полупериода измеряется с точки зрения значения счетчика. Значение счетчика обратно пропорционально частоте. Когда значение счетчика низкое, частота будет высокой, и наоборот. Значение счетчика можно преобразовать в частоту путем вычислений или с помощью справочной таблицы. Блок-схема измерения частоты показана на рис. 10.22.

Эта программа измерения частоты может использоваться для измерения частоты до 10 кГц. Таблица поиска между значением счетчика и частотой приведена выше. Здесь мы предполагаем, что максимальное значение счетчика составляет около 02FF, а минимальное значение счетчика равно 0000H во время выполнения программы. Когда значение счетчика равно 0001, выходная частота составляет 9999 Гц, которая будет отображаться в семисегментных единицах дисплея. Если значение счетчика равно 02FF, выходная частота равна 0050 Гц, а дисплей отображается в семисегментных единицах измерения.

Измерение фазового угла

Блок-схема измерения фазового угла показана на рис. 10.23. Предположим, что формы сигналов напряжения и тока имеют разность фаз Φ, как показано на рис. 10.24. Форма волны напряжения преобразуется в прямоугольную форму с помощью ZCD. Сначала сигнал тока преобразуется в сигнал напряжения, а затем сигнал напряжения преобразуется в прямоугольную форму с помощью другого ZCD. Выход ZCD, соответствующий сигналу напряжения, подключен к УМ 9.0067 0 из 8255 и выход ZCD по токовому сигналу также подается на РВ ₇ из 8255.

Программа для измерения фазового угла должна быть загружена в микропроцессор. При выполнении программы микропроцессор сначала определяет момент положительного перехода входного напряжения через ноль. Затем счетчик начинает отсчет в момент положительного пересечения нуля прямоугольной волны, соответствующей напряжению. После этого микропроцессор проверяет состояние РВ ₇ для обнаружения положительной точки пересечения нуля сигналом тока, и счетчик прекращает счет, как только обнаруживается пересечение нуля формой сигнала тока. Значение счета счетчика прямо пропорционально разнице фазового угла. Справочная таблица, т. е. взаимосвязь между значением счета и фазовым углом, уже сохранена в микропроцессоре. Поэтому, используя указанную справочную таблицу, цифровое значение счета может быть откалибровано по фазовому углу и, наконец, отображено на семисегментном дисплее.

Приведенная выше программа для измерения частоты написана с использованием следующих шагов:

• Шаг 1 Инициализация портов ввода/вывода 8255-1 и загрузка 0000H в регистр BC для инициализации счетчика.
• Шаг 2 Определите момент переднего фронта прямоугольной волны, соответствующей входному напряжению.
• Шаг 3 После обнаружения положительного пересечения нуля сигналом напряжения начните отсчет. Счет будет продолжаться до тех пор, пока не будет обнаружено положительное пересечение нуля сигналом тока.
• Шаг 4 Обнаружение пересечения нуля передним фронтом волны тока и прекращение счета. Значение счетчика будет сохранено в паре регистров BC и сохранено в ячейках памяти 8100 и 8101.
• Шаг 5 Вызов подпрограммы для калибровки. Значение счета может быть преобразовано в фазовый угол. После этого фаза может быть отображена подпрограммой отображения.

В этом методе можно измерить фазовый угол от 0 до 90 градусов. Для измерения опережающего фазового угла программа будет изменена. Счет начнется при нарастании прямоугольной волны, соответствующей текущему сигналу, и завершится при пересечении нарастающим фронтом нуля входного напряжения. Здесь для лучшего понимания и упрощения программы включена только основная концепция измерения фазового угла.

Измерение коэффициента мощности

Форма волны тока отстает или опережает форму волны напряжения на фазовый угол (Φ). Коэффициент мощности представляет собой косинус фазового угла, т. е. cos Φ. Следовательно, коэффициент мощности будет либо отстающим, либо опережающим. На рис. 10.25 показана схема интерфейса блок-схемы для измерения частоты.

Для измерения коэффициента мощности в первую очередь измеряется фазовый угол, как описано в разделе 10.3.4. После измерения фазового угла можно измерить коэффициент мощности. Как правило, фазовый угол хорошо известен с точки зрения значения счета. Поэтому цифровое значение счетчика может быть преобразовано в коэффициент мощности с помощью справочной таблицы и отображено на семисегментном дисплее. На самом деле справочная таблица представляет собой отношение между значением счетчика и коэффициентом мощности и используется для большей точности и упрощения программы. Программу для измерения фазового угла можно также использовать для измерения коэффициента мощности с отставанием после включения новой справочной таблицы, приведенной ниже. Для измерения ведущего коэффициента мощности можно использовать ту же программу с некоторыми изменениями в основной программе, а также в справочной таблице.

Измерение импеданса

В этом измерении электрических величин импеданс цепи (Z) определяется как отношение V и I. Он может быть выражен как Z = V/I. Чтобы измерить импеданс, сначала мы измеряем среднеквадратичное значение напряжения и тока с помощью аналого-цифрового преобразователя на основе мультиплексора. После измерения V _rms и I _rms отношение V _rms /I _rms  можно определить с помощью подпрограммы деления. На рис. 10.26 показана блок-схема измерения импеданса.

ПК ₀ , ПК ₁ и ПК ₂ порта C подключены к клеммам выбора канала мультиплексора. Вход 1 мультиплексора подключен к сигналу напряжения, а Вход 2 мультиплексора подключен к сигналу тока. Когда PC ₀ , PC ₁ и PC ₂ равны 000, будет выбран канал 1, и аналогово-цифровой преобразователь подаст аналоговое входное напряжение. Вывод Start Of Conversion (SC) и End Of Conversion (EOC) аналого-цифрового преобразователя подключены к ПК ₃ и ПК ₇ соответственно. Когда микропроцессор отправляет сигнал SC на аналого-цифровой преобразователь через 8255, аналого-цифровой преобразователь начинает преобразовывать аналоговое напряжение в цифровую форму. После этого микропроцессор считывает сигнал EOC, чтобы определить окончание процесса аналого-цифрового преобразования. После надлежащего аналого-цифрового преобразования микропроцессор считывает цифровой эквивалент аналогового входного напряжения и сохраняет цифровые данные в ячейке памяти. Затем микропроцессор отправляет PC ₀ = 1, PC ₁ = 0, а ПК ₂ = 0 сигнализирует о выборе канала 2, и аналоговое напряжение, соответствующее току, подается на аналого-цифровой преобразователь. Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговое напряжение в его цифровое эквивалентное значение и сохраняет его в ячейке памяти. Затем программа микропроцессора вызывает подпрограмму деления для определения отношения V/I и отображает его на семисегментном дисплее.

Предположим, что делимое, т. е. цифровой эквивалент напряжения, хранится в ячейке памяти 8050H, а делитель, т. е. цифровой эквивалент тока, также хранится в ячейке памяти 8051. После деления частное записывается в ячейке 8200H, а остаток — в ячейке 8201H. В подпрограмме отображения частное будет загружено в аккумулятор из 8200H и отображено как старшие значащие цифры MSD. Точно так же остаток может быть считан из ячейки памяти 8201H и загружен в аккумулятор. Затем остаток отображается как младшие значащие цифры LSD. Программа для измерения импеданса приведена ниже:

Приведенная выше программа для измерения импеданса написана с использованием следующих шагов:

• Шаг 1 Инициализация портов ввода-вывода 8255.
• Шаг 2 Выберите канал 1, и аналоговое напряжение подается на аналого-цифровой преобразователь для преобразования аналогового напряжения в цифровое значение. Сохраняет цифровое значение напряжения в ячейке памяти 8050H. Для этой цели используется программа обработки детали вышеуказанной программы из ячеек памяти с 8004H по 801EH.
• Шаг 3 Выберите канал 2 для токового входа. Преобразуйте аналоговое эквивалентное напряжение тока в цифровое значение с помощью аналого-цифрового преобразователя и сохраните в ячейке памяти 8051H. Для этой функции используется программа обработки детали вышеуказанной программы из ячеек памяти с 801FH по 8039H.
• Шаг 4 Вызов подпрограммы деления для определения отношения V/I. Сохраните частное в ячейке памяти 8200H, а остаток — в ячейках памяти 8201H. Подпрограмма деления находится в ячейках памяти с 8100H по 811FH.
• Шаг 5 Вызов подпрограммы дисплея для отображения на семисегментном дисплее.

Измерение ВА

Рис. 10.27 показана блок-схема измерения ВА. ВА можно выразить как

Для измерения ВА напряжение V и ток I измеряются отдельно. Затем произведение V и I можно вычислить с помощью подпрограммы умножения.

Прецизионные выпрямители используются для преобразования сигналов напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока. Преобразователь I в V используется для генерации сигнала напряжения, который прямо пропорционален току. Выход выпрямителей подается на схему пикового детектора, выходы которого подаются на мультиплексор, как показано на рис. 10.27. Входы канала 1 и канала 2 мультиплексора представляют собой V и напряжение, соответствующее I соответственно. Затем напряжение и ток преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя и сохраняются в ячейке памяти. После этого вызывается подпрограмма умножения для определения произведения VI. Затем оно отображается на семисегментном дисплее.

Измерение мощности

Чтобы найти потребляемую мощность в цепи, мощность рассчитывается по выражению

P = VI cos Φ, когда формы сигналов напряжения и тока синусоидальны.

Обычно мгновенное значение напряжения равно V cos Φ, когда ток достигает пика. Чтобы получить импульс в момент пикового тока, обычно используются фазовращатель и детектор пересечения нуля. Во-первых, текущий сигнал подается на фазовращатель для получения 9фазовый сдвиг 0°. После этого выход фазовращателя подается на детектор пересечения нуля. Момент, когда возникает нарастающий фронт прямоугольной волны, является пиковым моментом тока. Микропроцессор считывает состояние ZCD для обнаружения нарастающего фронта. Как только микропроцессор обнаруживает передний фронт прямоугольного сигнала на выходе ZCD, микропроцессор генерирует сигнал выборки и удержания, так что напряжение V cos Φ подается на аналого-цифровой преобразователь. В этот момент микропроцессор посылает команду мультиплексору на выбор канала 1, и мгновенное значение напряжения V cos Φ подается на аналого-цифровой преобразователь. Затем аналого-цифровой преобразователь преобразует V cos Φ в его цифровое эквивалентное значение и сохраняет в ячейке памяти. Затем найдите среднее значение тока, используя тот же аналого-цифровой преобразователь, и сохраните его в ячейке памяти. Затем вызовите подпрограмму умножения, чтобы определить VI cos Φ и отобразить значение мощности на семисегментном дисплее.

Измерение реактивной мощности

Реактивная мощность может быть выражена как

Для измерения реактивной мощности сначала микропроцессором измеряются V sin Φ и I, а затем определяется VI sin Φ. В момент нулевого тока мгновенное значение или напряжение равно V sin Φ. Для определения момента нулевого тока сигнал тока подается на ZCD и преобразуется в прямоугольную форму. Микропроцессор считывает и проверяет выходной сигнал ZCD, чтобы обнаружить нарастающий фронт прямоугольной волны. Когда микропроцессор обнаруживает нарастающий фронт прямоугольной волны ZCD, микропроцессор генерирует сигнал выборки и удержания, так что напряжение V sin Φ подается на аналого-цифровой преобразователь. В этот момент микропроцессор также посылает команду на мультиплексор для выбора канала 2, и мгновенное значение напряжения V sin Φ подается на аналого-цифровой преобразователь. Аналого-цифровой преобразователь преобразует V sin Φ в цифровое эквивалентное значение. После этого ток также преобразуется в цифровую форму с помощью того же аналого-цифрового преобразователя. Затем вызовите подпрограмму умножения, чтобы определить соотношение VI sin Φ и отобразить значение реактивного сопротивления на семисегментном дисплее.

Измерение энергии

Электрическая энергия, потребляемая цепью, выражается как

Энергия, потребляемая электрической цепью = E = V/t, где V — напряжение, I — ток, t — время. Если V и I являются константами, E будет константой. Метод измерения энергии приведен ниже:

• Шаг 1 Определите цифровой эквивалент аналогового напряжения с помощью аналого-цифрового преобразователя.
• Шаг 2 Определите цифровое значение аналогового напряжения, пропорционального току, с помощью аналого-цифрового преобразователя.
• Шаг 3 Умножьте цифровые значения напряжения и тока и сохраните их в ячейке памяти после суммирования значения произведения с предыдущим значением.
• Шаг 4 Задержка вызова на 1 минуту.
• Шаг 5 Счетчик приращений.
• Шаг 6 Повторять шаги с 1 по 5, пока значение счетчика не станет равным (60) _{D. .}
• Шаг 7 Если значение счетчика равно (60) _D , суммарное значение будет представлять собой потребляемую энергию в ватт-часах. Если мы хотим представить в кВтч, результат нужно разделить на (1000) _Д .

Предположим, что форма волны напряжения и тока синусоидальна. Напряжение и ток фиксируются каждую минуту. После суммирования для отображения требуется десятичная корректировка.

Блок-схема микропроцессорного измерения энергии показана на рис. 10.28. В любой измерительной системе необходимо взаимодействовать с микропроцессором через соответствующий датчик, генерирующий сигнал напряжения, в зависимости от производительности системы и совместимости с микропроцессором.

Напряжение на сопротивлении 0,01 было взято в качестве опорного сигнала, который после изоляции был передан в микропроцессор через АЦП и порты ввода-вывода. Сигнал напряжения также подается на микропроцессор через АЦП и порты ввода/вывода.