Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998), страница 69

Эти приборы чаще всего используют принцип, основанный на явлении резонанса в ~С контуре. На рис.8.18 приведена схема куметра (Д-метра), предназначенного для измерения Е. С,Д. На схеме Л1 — перестраиваемый генератор (генератор напряжений переменной частоты), Яо — резистор с малым сопротивлением (0,05 Ом), 1~ — электронный вольтметр. Катушку Е.„или конденсатор С,. подсоединяют к соответствующим зажимам. Изменением емкости конденсатора С~ добиваются резонанса, фиксируемого по максимальному показанию вольтметра. Определение добротности основано на свойстве последовательного колебательного контура при резонансе иметь на реактивном элементе напряжение в Д раз больше напряжения на входе, т.е.

УО1 =ДЛО У. Шкалу вольтметра градуируют в единицах добротности для определенного рабочего тока. Определение т.„и С основано на соотношении где то — резонансная частота. При измерении индуктивности Е. = Ц(2тт 4)'С,1, при измерении емкости С +Со 1/[(2тт ~)~Л ] Рис.8.и.'С~ема куметра 362 Вопрос 8.5. Чем отличаются схемы электронных омметров для измерения больших и малых сопротивлений? Варианты ответа. 8.5.1.

Местом в измерительной цепи, куда подключается резистор с измеряемым сопротивлением. 85.2. Напряжением источника питания. 8.5.3. Типом измерительного прибора, используемого в качестве выходного устройства. Вопрос 8.6. Какой принцип заложен в электронных приборах для измерения индуктивности, емкости и добротности? Варианты ответа 8.6.1.

Свойство накопления энергии реактивными элементами. 8.6.2. Наличие угла сдвига фаз между током и напряжением. 8.6.3. Явление резонанса в цепи переменного тока. 8.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ И ФАЗОМЕТРЫ Электронный частотомер. На рис.8.19,а показана его схема, а на рис. 8.19,6 временные диаграммы. Принцип действия его заключается в следующем.

Формирователь импульсов ФИ формирует импульсы длительности Л~ с частотой~„входного сигнала ( иф) на рис.8.19,6). Ими управляется электронный ключ ЭК. При разомкнутом ключе конденсатор С заряжается по цепи А — С вЂ” - ИМ вЂ” И)1. При замкнутом ключе — разряжается по цепи С вЂ” ГО,. Если постоянные времени зарядки и разрядки конденсатора С подобраны так, что он за время Л~ успевает полностью зарядиться до напряжения ~УС вЂ” Е и разрядиться до нуля (график иг(1) на рис.8.19„6), то среднее значение за- Р и +Е и) 8.19. Схема (а) и временные дна~ раммы (б) электронного час готомера 363 рядного тока ( /(1) на рис.8.! 9,б), через магнитоэлектрический измерн тельный механизм ИМ будет равно: 1, =оП = СЕ/,, (8 15) т.е.

пропорционально частоте исследуемого сигнала. Этот принцип ра боты заложен в частотомере Ф5043, имеющего верхний предел измере ний 20 кГц и класс точности 0,5. Электронный фазометр. Структурная схема и временные диаграм мы электронного фазометра показаны на рис.8.20. Напряжения и, и и2, сдвинутые по фазе, в обоих каналах с помощью формирователей импульсов (ФИ), дифференцирующих цепей (ДЦ) и диодов П)~ и И), преобразуются в короткие импульсы ( и),/)~ и икр2 на рис 8.20,б), которые поступают на входы А и о' триггера.

Импульсы последнего подаются на магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ ( /(1) на рис.8.20,б). Длительность импульса 1 на выходе триггера связана с фазовым сдвигом 1, = (~),/2л/, (8.16) где / — частота входных напряжений. 11И>г Рис 8 20 Схема (п) н временные диаграммы (б) электронного фа- эометра 364 Среднее значение тока через ОМ асср = 7т г47'= 7т рс~2х (8.1 7) т.е. шкала прибора линейна и не зависит от частоты входных сигналовг . 8.5. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВАТТМЕТРЫ И СЧЕТЧИКИ Электронные ваттметры строятся на основе измерительного преобразователя мощности в напряжение, на выходе которого устанавливается магнитоэлектрический механизм.

Принцип работы преобразователей заключается в реализации заст висимости Р='г!Т,1 игй . Отсюда следует, что необходимым элементом является устройство для перемножения и и г — множительное устройство (МУ). Различают параметрические и модуляционные МУ. Параметрические МУ могут быть с прямым и косвенным перемножением. При прямом перемножении используется четырехполюсник, на вход которого подается одна величина (например и), а вторая величина г управляет коэффициентом передачи (рис.8.21,а ). В этом случае выходной сигнал и „,„= А и г .

Для указанной схемы имеем и„ы„=иЯ,И;Я =К г' Тогда выходной сигнал и,ы„=К,и гИ (8.! 8) и, гг~ Рис 8 21. Структурные схемы э11ектронных ваттметров 365 Вопрос 8.7. Чем достигается линейность шкалы в электронных частотометрах и фазометрах? Варианты опгвета 8.7.1. Подбором времени зарядки и разрядки конденсатора в измерительной цепи.

8.7.2. Подбором характеристик диодов. 8.7.3. Использованием специальных измерительных механизмов на выходе. В качестве устройств усреднения здесь служит измерительный и ханизм ИМ. Поэтому г~ т Ь „„=ЧТ ~ и„,„й =(К,Я) 1~Т ~ и ~'Й =КРИ . (8.19) Угол отклонения магнитоэлектрического ИМ ~(' вых ~КуР~Р' (8.2О) Параметрические МУ могут быть построены с использованием косвенных способов умножения. Например„рассмотрим равенство 4и~и2 = (и1+ и~)2 — (и1 — и~)~.

Если и~ = Ь'„, япа ~, и~ =Я ~=Я 1 яп (аг — д), то 4 и~и~ =4 и1 Я ~=4 Я СЧ сощ — 4 ЯЬ7 сов (2а~ — у). Постоянную составляющую 4Я(Ч сову можно измерить магнито электрическим ИМ, а переменная составляющая отфильтруется им. Структурная схема ваттметра с таким параметрическим МУ показана на рис 8 21,6, где И вЂ” инверторы, Сум — сумматоры, Кв — квадратирующие устройства. Эта схема обладает невысокой точностью измерения мощности из-за трудностей подбора элементов с квадратичной характеристикой. Инверторы (рис.8.22,а) и сумматоры (рис.8.22,6) достаточно просто реализуются на операционных усилителях.

Пример схемной реализации квадратирующего устройства, выполненного на диодно-резистивных ячейках, показан на рис. 8.22,в. б) Рис.8.22. Схемы опс1вщионных устройств в) 366 Наиболее точными являются модуляционные МУ, основанные на двойной модуляции импульсных сигналов — широтно-импульсной и амплитудно-импульсной.

Структурная схема и временные диаграммы такого преобразователя мощности в напряжение показаны на рис.8.23. Генератор Г' вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой Ь', периодом ТО и длительностями положительной ~1 и отрицательной 12 полуволн. При 1~ = ~2 среднее значение напряжения Гг=О. Под действием тока ~' в широтно-импульсном модуляторе (ШИМ) длительности ~1 и ~2 изменяются по закону (1~ — г,)~т,=ь! ~т,=Хш, где Хш — коэффициент преобразования ШИМ. Среднее значение напряжения на выходе ШИМ за период: ~ш ~~ ~1о ~-~а Хш ~~'а В амплитудно-импульсном модуляторе (АИМ) амплитуда этих импульсов модулируется пропорционально напряжению и, т.е.

— Ка и, где К, — коэффициент преобразования АИМ. Тогда среднее значение напряжения на выходе АИМ будет равно С~, =Х Х' иг', т.е. пропорционально мгновенному значению мощности. иа Рис 8 23 Схема преобразователя Мощности в напряжение (а) и его временные диаграммы (б) б) 361 Рис.8.24 Струк гурная схема электронного счетчика активнон энерг ии Измерительный механизм ИМ усредняет это напряжение. Т Г=1/Т К~ Киг гггг'гг =Кя Кги Р (8.2 1) где Т вЂ” период изменения тока г и напряжения и.

Электронные счетчики активной эиергии строятся на основе рас смотренных преобразователей с последующим интегрированием вы ходной величины в соответствии с зависимостью И'= ) РИ. Одна из г~ возможных реализаций имеет структурную схему, показанную на рис.

8.24. Здесь Пр — преобразователь мощности в напряжение (один из рассмотренных выше), ПНЧ вЂ” преобразователь напряжения в час тоту„Сч — счетчик импульсов. Напряжение гг„„преобразователя пропорционально активной мощности, как показано выше. Это напряжение преобразуется ПНЧв частоту 1, которая также получается пропорциональной мощности Р. Выходные импульсы с полученной частотой пересчитываются счетчиком Сч и, следовательно, его показания пропорциональньг энергии И; 8.6.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ Электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО) предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Они также могут быть использованы для измерения частоты, угла сдвига фаз, составляющих комплексного сопротивления и т.д. В настоящее время выпускается множество осциллографов, различающихся назначением и характеристиками. Кроме универсальных ЭЛО, которые используются при периодических и непериодических сигналах непрерывного и импульсного характера, выпускаются запоминающие ЭЛО для регистрации одиночных импульсов, стробоскопические для исследования высокочастотных процессов.

цифровые ЭЛО и др Осциллографы различаются чувствительностью, полосой пропускания, погрешностью воспроизведения формы кривой 368 Вопрос 8.8. Какие типы преобразователей используются в электронных ваттметрах? Вггргшннгы огггвеггга 8.8.! . Квадратирующие преобразователи. 8.8.2. 11араметрические и модуляционные множительные устройства. 8 8.3. Суммирующие преобразователи. Основными узлами ЗЛО являются (рис.8.25) электронно-лучевая трубка ЭЛТ, делитель напряжения ДН, усилители вертикального УВО и горизонтального УГО отклонения, калибраторы амплитуды КА и длительности 1Д', генератор развертки ГР, блок синхронизации БС.

Электронно-лучевая трубка имеет подогреваемый катод К, модулятор яркости М, фокусирующий анод А ~ и ускоряющий анод А2 . Делитель напряжения ДН служит для ослабления исследуемого сигнала, усилители УВО и УГО служат для увеличения чувствительности при исследовании слабых сигналов. Калибраторы КА и 1(Д служат для калибровки вертикального и горизонтального отклонения луча ЭЛТ. Генератор ГР формирует специальное пилообразное напряжение, которое подается на пластины горизонтального отклонения. Блок БС синхронизирует генератор ГР и входной сигнал.