Навряд чи буде перебільшенням сказати, що тестер сімейства М-83х має кожен радіоаматор. Простий, доступний, дешевий. Цілком достатній для електрика.

Але для радіоаматора він має ваду при вимірах змінної напруги. По-перше, малу чутливість, по-друге, призначений для вимірювання напруги частотою 50 Гц. Часто у любителя-початківця немає інших приладів, а хочеться виміряти, наприклад, напругу на виході підсилювача потужності та оцінити його АЧХ. Чи можна це зробити?

В інтернеті всі повторюють те саме – «не вище 400 Гц». Чи так це? Давайте подивимося.

Для перевірки зібрано установку з тестера М-832, звукового генератора ГЗ-102 та
лампового вольтметра В3-38

Судячи з наявних даних, численні прилади сімейства М-83х або D-83x зібрані практично за однією схемою, тому висока ймовірність того, що результати вимірювань будуть близькі. Крім того, в даному випадку мене мало цікавила абсолютна похибка даного тестера, цікавили лише його свідчення залежно від частоти сигналу.

Рівень був вибраний близько 8 Вольт. Це близько до максимальної вихідної напруги генератора ГЗ-102 та близько до напруги на виході УМЗЧ середньої потужності.

Краще було б зробити ще серію вимірювань з потужним УНЧ навантаженим на трансформатор, що підвищує, але не думаю, що результати зміняться разюче.
Для зручності оцінки АЧХ в дБ обраний рівень 0 дБ на межі 10 вольтметра В3-38. При зміні частоти сигналу рівень трохи підлаштовувався, але зміни не перевищували часток дБ, їх можна знехтувати.

Результати

У наведеній таблиці До- Коефіцієнт, на який треба помножити результат вимірювань тестера на даній частоті з урахуванням спаду АЧХ.

Для отримання табличних результатів у дБ на виході генератора встановлювався рівень напруги, отриманого для кожної частоти, а різниця в дБ зчитувалася та заносилася до таблиці. Деякі неточності через округлення 0,5 дБ показань лампового вольтметра і округлення останньої цифри показань тестера. Вважаю, в даному випадку систематичну помилку в 1 дБ цілком допустимою, тому що на слух вона невідчутна.

Висновок

Отже, що вийшло?

Частотна характеристика тестера вірна не до 400 Гц, а до 4...6 кГц, вище починається спад, який можна врахувати за допомогою таблиці і, отже, отримати відносно достовірні результати в діапазоні 20...20000 Гц і навіть вище.

Для того, щоб стверджувати, що поправки придатні для всіх тестерів, потрібно зібрати статистику. На жаль, мішок тестерів не маю.

Не треба забувати, що тестер вимірює змінну напругу за схемою однонапівперіодного випрямляча з його недоліками, такими як можливість вимірювань тільки синусоїдальної напруги без постійної складової, при малій напругі, що вимірювається, похибка буде зростати.

Як можна покращити тестер М-832 для вимірювання змінної напруги?

Можна встановити додатковий перемикач меж «200-20 В» і ще один резистор шунта. Але це вимагає розбирання та доопрацювання тестера, треба розбиратися у схемі та мати прилад для калібрування. Вважаю, що це недоцільно.

Кращезробити окрему приставку, що підсилює та випрямляє напругу. Випрямлену напругу подавати на тестер, включений на вимірювання постійної напруги.
Але це тема іншої статті.

Для вимірювання чутливості, вихідний потужностіі коефіцієнта гармонікпідсилювача потрібні осцилограф, вольтметр змінного струму, звуковий генератор ( ЗГ) та еквівалент навантаження досліджуваного підсилювача. Останній є дротяний резистор, опір якого дорівнює повному опору звукової котушки динамічної головки (або гучномовця) підсилювача. Його потужність розсіювання повинна бути не меншою за потужність динамічної головки (якщо в гучномовці підсилювача кілька головок, то їх загальної потужності).

Вимірювання коефіцієнта гармонік, що вносяться підсилювачем сигнал, оцінюють за методикою, використовуючи будь-який низькочастотний осцилограф. В цьому випадку вимірювання починають зі зняття амплітудної характеристики підсилювача - залежності вихідної напруги U вихсигналу, що посилюється частотою 1000 Гц від вхідної напруги U вхпри постійному навантаженні R н, що дорівнює опору її еквівалента R.

Схема з'єднання вимірювальних приладів із підсилювачем, амплітудну характеристику якого треба зняти, наведено на рис. 1, а. Підсилювач та звуковий генератор повинні живитися від окремих джерел. До виходу підсилювача замість динамічної голівки (або гучномовця) підключають еквівалент навантаження R е, А до нього вхід "Y" осцилографа. Регулятор гучності встановлюють максимум і подають на вхід підсилювача від звукового генератора сигнал частотою 1000 Гц напругою 30-40 мВ. Розгортку горизонтального відхилення променя осцилографа встановлюють такий, щоб його екрані добре переглядалося зображення одного коливання. Вимірявши вхідну напругу U вх, вольтметр змінного струму PUперемикають на еквівалент навантаження R еі вимірюють вихідну напругу підсилювача U вих. Результати вимірів фіксують (див. табл.).

Амплітудна характеристика підсилювача (умови виміру)

Uвх, МВ
Uвих, м В	1200	1600	2000	2400	2800	3200	3600	3800	4000	4100

Рис. 1. Схема виміру основних параметрів підсилювача ЗЧ

Не змінюючи частоту сигналу ЗГ, Збільшують ступенями через кожні 10 мВ його напруга, заносять в таблицю результати вимірювань. Вхідну напругу збільшують доти, доки на екрані не з'явиться помітне на око зрізання «верхівок» синусоїди (рис. 2, б). Це відбувається через симетричне обмеження напруги вихідного сигналу і супроводжується збільшенням коефіцієнта гармонік підсилювача приблизно до 10%. Воно означає, що вихідна потужність досягла максимальної Р макс. Після цього вхідний сигнал ЗГзменшують до зникнення помітних на око спотворень синусоїди і вважають, що при цьому підсилювач віддає навантаженню номінальну вихідну потужність P ном. Вихідна напруга на еквіваленті навантаження, що відповідає максимальному Р мах та номінальною Рномвихідним потужностям, у таблиці слід виділити.

Рис. 2. Побудова амплітудної характеристики підсилювача 3Ч

Далі за результатами вимірювань, занесеними до таблиці, будують амплітудну характеристику підсилювача (рис. 2). До точки «а» вона прямолінійна, а потім починає відхилятися вниз, що говорить про порушення пропорційності між вхідною і вихідною напругою підсилювача і появу спотворень сигналу, що посилюється. Тепер, користуючись формулою Р вих = U вих 2 / R н, можна підрахувати вихідну потужність підсилювачадля різних значень U вих. На рис. 2 паралельно осі U вихзліва поміщена друга вертикальна вісь Р вих, на якій відзначені розрахункові вихідні потужності підсилювача у ватах

Рис. 3. Схема вимірювання коефіцієнта гармонік

Точка «а» на графіку, з якої починається перегин амплітудної характеристики, зазвичай відповідає номінальній вихідній потужності підсилювача. За амплітудною характеристикою можна визначити і чисельне значення чутливості підсилювача – воно відповідає значенню U вхпри Рном.

Чисельне значення коефіцієнта гармонік До гпідсилювача ЗЧможна виміряти за допомогою загороджувального фільтра L1C1C2 (рис. 3), налаштованого на основну частоту 1000 Гц, який включають між виходом підсилювача, навантаженого на еквівалент навантаження R9, та вольтметром змінного струму PU. Котушку L1 цього фільтра, що містить 290 витків дроту ПЕВ-2, намотують на феритовому кільці 2000НМ типорозміру К20х12х6 за допомогою човника. Конденсатори С1 та С2 фільтра типу МБМ або КБ.

Спочатку перемикач «S» встановлюють у положення «1», що відповідає відключеному фільтру, та вольтметром PUвимірюють напругу U вих. Допустимо, U виходно 3 (3000 мВ). Потім, перевівши перемикач "S" в положення "2", включають загороджувальний фільтр і вимірюють напругу гармонік U г. Припустимо, що ця напруга буде 70 мВ. Коефіцієнт гармонік До гпідраховують за наведеною раніше наближеною формулою:

К г ≈Uг / Uвих ∙ 100% ≈ 70 ∙ 100 / 3000 ≈ 2,3%,

де:

До г- Коефіцієнт гармонік,[ %];

Uг- Напруга гармонік, [мВ];

Uвих- вихідна напруга[МВ].

За такою методикою можна з достатньою точністю виміряти чутливість, вихідну потужність та коефіцієнт гармонік практично будь-якого підсилювача ЗЧ. Для стереофонічного підсилювача параметри кожного каналу вимірюють окремо, порівнюють і, якщо треба, вирівнюють відповідним підбором деталей та режимів роботи транзисторів.

Не часто доводиться дізнаватися саме частоту змінного струму, проти такими показниками, як напруга і сила струму. Наприклад, для того щоб виміряти силу струму можна скористатися вимірювальними кліщами, для цього навіть необов'язково контактувати з струмопровідними частинами, та й напруга перевіряє будь-який стрілочний або цифровий мультиметр. Однак, щоб перевірити частоту, з якою змінюється полярність в ланцюгах змінного струму, тобто кількість повних періодів, використовується частотомір. В принципі, прилад з такою самою назвою може вимірювати і кількість механічних коливань за певний період часу, але в цій статті йтиметься виключно про електричну величину. Далі ми розповімо, як проводиться вимірювання частоти змінного струму мультиметром та частотоміром.

Які прилади можна використовувати

Класифікація частотомірів

Всі дані прилади поділяються на дві основні групи по їх застосуванню:

1. Електровимірювальні. Застосовуються для побутового або виробничого вимірювання частоти в ланцюгах змінного струму. Їх використовують при частотному регулюванні оборотів асинхронних двигунів, оскільки вид частотного виміру оборотів, у разі, найефективніший і поширений.
2. Радіовимірювальні. Знайшли застосування виключно в радіотехніці та можуть вимірювати широкий діапазон високочастотної напруги.

За конструкцією частотоміри діляться на щитові, стаціонарні та переносні. Звичайно, переносні більш компактні, універсальні та мобільні пристрої, які широко застосовуються радіоаматорами.

Для будь-якого типу частотоміра найбільш важливими характеристиками, на які, в принципі, і має звертати увагу людина при покупці, є:

• Діапазон частот, які прилад зможе виміряти. При плануванні роботи саме зі стандартною промисловою величиною 50 Гц потрібно уважно ознайомитися з інструкцією, так як не всі прилади її зможуть побачити.
• Робоча напруга в ланцюгах, у яких проходитимуть вимірювальні роботи.
• Чутливість, ця величина є більш важливою для радіочастотних пристроїв.
• Похибка, з якою він може проводити виміри.

Мультиметр із функцією вимірювання частоти змінного струму

Найпоширеніший прилад, за допомогою якого можна дізнатися про величину частотних коливань і який знаходиться у вільному широкому доступі - це мультиметр. Потрібно звертати свою увагу на його функціональні можливості, так як не кожен такий прилад зможе виміряти частоту змінного струму в розетці або іншого електричного ланцюга.

Такий тестер виконується найчастіше дуже компактним, для того, щоб у сумці він легко поміщався, і був максимально функціональним, що вимірює крім частоти також напругу, струм, опір, а іноді навіть температуру повітря, ємність та індуктивність. Сучасний вид мультиметра та його схема засновані чисто на цифрових електронних елементах, для точного виміру. Складається такий мультиметр з:

• Рідкокристалічного інформативного індикатора для відображення результатів вимірювання, розташованого найчастіше у верхній частині конструкції.
• Перемикача в основному він виконаний у вигляді механічного елемента, що дозволяє швидко перейти від вимірювання одних величин до інших. Потрібно бути дуже обережним, тому що, припустимо, якщо вимірювати напругу, а перемикач стоятиме на позначці «I», тобто сила струму, тоді наслідком цього неминуче буде, яке призведе не тільки до виходу з ладу приладу, але може викликати і термічний опік дугою рук та обличчя людини.
• Гнізда для щупів. З їх допомогою безпосередньо відбувається електричний зв'язок приладу з вимірюваним струмопровідним об'єктом. Провід не повинен мати потріскування і зламів ізоляції, особливо це стосується їх наконечників, які будуть знаходитися в руках вимірювального.

Хотілося б також згадати про спеціальні приставки до мультиметра, які існують і розроблені спеціально для того, щоб збільшити кількість функцій звичайного приладу зі стандартним набором.

Як виконується вимірювання частоти

Перед тим як користуватися мультиметром, а зокрема частотоміром, уважно потрібно ознайомитися ще раз з тими параметрами, які він може вимірювати. Для того щоб правильно зробити їх замір потрібно освоїти кілька етапів:

1. Увімкнути прилад відповідною кнопкою на корпусі, найчастіше вона виділена яскравим кольором.
2. Встановіть перемикач на вимірювання частоти змінного струму.
3. Взявши до рук два щупи і підключивши їх, згідно з інструкцією у відповідні гнізда, здійснимо випробування вимірювального пристрою. Для початку потрібно спробувати дізнатися частоту напруги в стандартній мережі 220 Вольт, вона повинна дорівнювати 50 Гц (відхилення може бути кілька десятих). Ця величина чітко контролюється постачальником електричної енергії, оскільки за її зміні можуть вийти з ладу електроприлади. Постачальник відповідає за якість електроенергії, що надається, і суворо дотримується всіх її параметрів. До речі, така величина є стандартною не у всіх країнах. Приєднавши висновки частотоміра до розетки, на приладі висвітиться величина близько 50 Гц. Якщо показник буде відрізнятися, це буде його похибкою і за наступних вимірах це потрібно обов'язково врахувати.

Інші альтернативні методи виміру

Найефективніший і найпростіший спосіб перевірки частоти - це використання осцилографа. Саме осцилографом користуються всі професійні електронники, тому що на ньому можна візуально побачити не лише цифри, а й саму діаграму. При цьому потрібно обов'язково вимкнути вбудований генератор. Новачку в електроніці буде проблематично виконати дані вимірювання за допомогою цього приладу. Про те, що ми розповіли в окремій статті.

Другий варіант – це вимірювання за допомогою конденсаторного частотоміра, що має діапазон вимірювань 10 Гц-1 МГц та похибка близько 2%. Він визначає середнє значення струму розрядки та зарядки, яке буде пропорційно до частоти і вимірюється побічно за допомогою магнітоелектричного амперметра, зі спеціальною шкалою.

Ще один метод називається резонансний і заснований на явище резонансу, що виникає в електричному контурі. Також має шкалу з механізмом точного підстроювання. Однак промислову величину 50 Гц цим способом неможливо перевірити, працює він від 50 000 Гц.

Також ви повинні знати, що існує частота реле. Зазвичай на підприємствах, підстанціях, електростанціях – це основний пристрій, яким контролюють зміну частоти. Дане реле впливає інші пристрої захисту й автоматики підтримки частоти необхідному рівні. Є різні типиреле частоти з різним функціоналом, ми розповімо в інших публікаціях.

Все ж таки мультиметри і електронні цифрові частотоміри працюють на звичайному рахунку імпульсів, які є невід'ємною частиною, як імпульсної так і іншої змінної напруги, необов'язково синусоїдного за певний проміжок часу, забезпечуючи при цьому максимальну точність, а також найширший діапазон.

Вимірювання напруги та струму на промисловій частоті може бути виконано будь-якими вольтметрами та амперметрами, що працюють на частоті 50 Гц, але тільки коли об'єкт вимірювання потужний. Такі вимірювання виконуються в основному електромагнітними та електродинамічними вольтметрами та амперметрами.

Для вимірювання напруги на змінній частоті застосовують компенсатори змінного струму. Щоб урівноважити вимірювану напругуu х =U х e jφ x компенсуючою напругоюu до =U до e jφ до, необхідно виконання наступних умов: рівність напруг U x =U до модуля; протилежність їх фаз (? х -? до =180?); рівність частот; однакова форма вимірюваної та компенсуючої напруги. Компенсатори змінного струму менш точні порівняно з компенсаторами постійного струму, оскільки відсутня стандарт ЕРС змінного струму.

ІІ. Вимірювання напруги на підвищеній та високій частотах.

Вимірювання напруги на підвищеній та високій частотах здійснюється вольтметрами, що працюють у зазначеному діапазоні частот, а також електронними осцилографами.

Осцилографи - прилади, чутливі до напруги, тому всі виміри, що виконуються ними, зводяться до вимірювання відхилення електронного променя під дією напруги. Для конкретного дослідження сигналу необхідно правильно вибрати тип осцилографа, виконавши умову узгодження, підключити осцилограф до об'єкта вимірювання, заземлити, а потім визначити вид синхронізації, її амплітуду, режим розгорнення, тривалість, коефіцієнт відхилення. Від правильного обліку можливих спотворень та похибок залежить точність отриманих результатів вимірів.

ІІІ. Вимірювання струму в ланцюгах підвищеної та високої частоти.

Зі збільшенням частоти точність вимірювання змінного струму електромагнітними та електродинамічними амперметрами у звичайному виконанні падає. Прилади спеціального виготовлення мають розширений діапазон частот (до 10 кГц) та використовуються для вимірювання струмів у потужних ланцюгах.

Рисунок 7.

Вимірювання струмів у ланцюгах високої частотивиконується в основному термоелектричними амперметрами.

Термоамперметри – поєднання термоперетворювача та магнітоелектричного вимірювального механізму. Термоперетворювач складається з однієї або декількох термопар та нагрівача. При протіканні струму по нагрівачу, виконаному з матеріалу з великим питомим опором (ніхром, константан і т.д.), виділяється тепло, під дією якого нагрівається гарячий спай термопари, а на холодних її кінцях виникає термо-ЕРС.

Термо-ЕРС залежить від матеріалу провідників термопари та пропорційна різниці температур гарячого та холодного кінців, тобто. пропорційна температурі перегріву θ: Е Т = kθ.

У середньому Е Т дорівнює 30-40 мкВ на 1 С перегріву. Внаслідок інерції нагрівача температура перегріву не встигає слідувати за змінами тепла, що підводиться, і визначається його середнім значенням:

(5)

Якщо холодні кінці термопари замкнути на вимірювальний магнітоелектричний механізм, то по замкненому ланцюзі вимірювача потече струм I І = E T / R І = (k 1 I 2)/R І = k 2 I 2 , (6)

Де I – середньоквадратичне значення струму; R І – опір ланцюга вимірювача, включаючи термопару; k 1, k 2 - коефіцієнти пропорційності, що залежать відповідно від властивостей термопари та даних вимірювального механізму.

Оскільки в (6) значення струму, що вимірюється, входить у квадраті, то прилад придатний для вимірювань у ланцюгах як постійного, так і змінного струмів. Шкала приладу градує у середньоквадратичних значеннях струму.

Малюнок 8.

Даний тип приладів дозволяє проводити вимірювання змінного струму в діапазоні частот 50 Гц - 200 МГц і діапазон струмів від 100 мкА до десятків ампер. Крім того, термоамперметри дозволяють вимірювати постійний і несинусоїдальний струми (в останньому випадку показання будуть приблизно відповідати среднеквадратичному значенню струму, тобто.
).

ВИМІР ІМПУЛЬСНИХ НАПРУГ

Процес визначення амплітудних та часових параметрів імпульсних сигналів за допомогою осцилографа тривалий і виконується з великою похибкою. Більш високу точність вимірювання амплітуди імпульсу при зручній та швидкій індикації забезпечують аналогові та цифрові імпульсні вольтметри. У зв'язку з підвищенням швидкодії імпульсних пристроїв діапазон тривалості імпульсів зменшився з мікросекундного до нано- та пікосекундного, одночасно зменшилася амплітуда імпульсів до значень 0,01 – 1 В, характерних для напівпровідникових приладів, мікромодульних та інтегральних схем.

Діапазон частот повторення імпульсів тягнеться від одиночних імпульсів (частота повторення частки герца) до сотень мегагерц. Усі спеціалізовані вимірники імпульсних напруг наносекундного діапазону мають на вході широкосмугові перетворювачі імпульсів, які їх розширюють, звужуючи цим спектр частот. Як перетворювач імпульсів використовують чутливі напівпровідникові діоди, у яких є ділянки вольт-амперної характеристики з найменшим радіусом кривизни, що характеризує перехід від замкненого до відкритого стану. Включені після перетворювачів імпульсні вольтметри можуть бути вузькосмуговими, оскільки працюють з перетвореними сигналами.

Вимірювання імпульсної напруги діодно-конденсаторним вольтметром.

Імпульсний діодно-конденсаторний вольтметр працює як електронний вольтметр синусоїдальної напруги та виконується за схемою перетворювач пікового значення – підсилювач постійного струму – магнітоелектричний вимірювальний прилад.

Якщо на вхід перетворювача подати періодичну послідовність прямокутних імпульсів (рис. 9), то конденсатор З заряджається під час t існування імпульсу на вході, а в проміжку між імпульсами Т -t І повільно розряджається на резистор опоромR. Якщо ж часt І буде мало, а Т велике, то за час дії короткого імпульсу конденсатор не встигає повністю зарядитися, і середнє значення напруги U C ср на конденсаторі за період Т повторення імпульсу може значно відрізнятися від амплітудного (пікового) значення U M вимірюваного імпульсу.