evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Электронные вольтметры переменного тока выполняются но двум структурным схемам, представленным на рис. 2.29. В первой из этих схем измеряемое переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное при помощи детектора„а затем усиливается усилителем постоянного тока и воздействует на измерительный механизм. Во второй схеме усиление производится на переменном токе (ццн этого служит усилитель переменного тока) и лишь затем предварительно усиленный сигнал выпрямляется детектором и отклоняет стрелку измерительного механизма. Эти схемы дополняют друг друга.
Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. По первой схеме могут строиться вольтметры„обладающие широким частотным диапазоном (10 Гц — 1000 МГц), но обычно не способные измерять напряжения меньше нескольких десятых долей вольта: детектор выпрямляет толь.
ко достаточно большие напряжения. 61 Вторая схема позволяет строить чувствительные волыметры, нижний предел измерения которых составляет всего лишь единицы микровольт. Однако эти приборы имеют меньший частотный диапазон, поскольку частотный диапазон усилителя переменного тока трудно сделать достаточно большим. Детекторы, применяемые в электронных вольтметрах, служат для выпрямления переменного тока. Они могут быть выполнены по различным схемам и подразделяются на детекторы средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратического значений. Это деление показывает, какому из значений (средневыпрямленному, амплитудному иля среднеквадратическому) измеряемого напряжения соответствует напряжение на выходе детектора.
Детекторы средневыпрямпенного значения представляют собой выпрямители на полупроводниковых диодах — такие же, как в приборах выпрямительной системы. Амплитудные детекторы обычно содержат диод и конденсатор, который заряжается до амплитудного значения измеряемого напряжения. Для нормальной работы амплитудного детектора необходимо, чтобы сопротивление его нагрузки было велико (50 — 100 МОм). Поэтому амплитудный детектор используют в первой из схем, представленных на рис.
2.29, где его нагрузкой является усилитель постоянного тока, обладающий высоким входным сопротивлением. Детекторы среднеквадратического значении используют квадратичный участок вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода или диодной цепочки, в результате чего среднее значение напряжения на выходе детектора оказывается пропорциональным квадрату среднеквадратического значения измеряемого напряжения. В других схемах детекторов среднеквадратического значения напряжения применяются термен реобразователи.
По отношению к постоянной составляющей напряжения различают детекторы с открытым и закрытым входом. В первом случае постоянная составляющая наряду с переменной вносит свой вклад в резулыат измерения, во втором — постоянная составляющая исключается из-за наличия разделительного конденсатора на входе детектора. В зависимости от применяемой схемы выпрямления вольтметры лолразделяются на вольтметры средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратического значений.
Как видно из структурных схем, приведенных на рис. 2.29, в состав каждого электронного вольтметра входит усилитель постоянного или переменного тока. Одна из возможных схем усилителя постоянного тока (в упрощенном виде) представлена на рис. 2.30. Измеряемое напряжение ~1х подается на сетку триода И,1 через резистор Яф, который вместе с конденсатором Сф образует фильтр, уменьшающий пульсации на сепсе лампы.
При короткозамкнутом входе, т.е. в отсутствие напряжения 0ю потенциалы сеток обеих ламп га,1 и гХ2 равны и уста- 62 Р сДЗО нонка на нуль измерительного механизма вольтметра РУ может быль выполнена при помощи переменного резистора Я4 Появление напряжения С$ приведет к изменению внутреннего сопротивления лампы И.1, вследствие чего нарушится баланс схемы, потенциалы анодов не будут равны и через цепь измерительного механизма потечет ток. Направление и значение этого тока зависят от знака и значения измеряемого напряжения У„.
Таким образом, шкала измерительного механизма может быть проградуирована в вольтах постоянного тока. Усилители переменного напряжения, которые используются в электронных вольтметрах, должны иметь высокий и стабильный коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот, малые нелинейные искажения, быть нечувствительными к изменениям температуры и напряжения питания.
Таким требованиям отвечают широкополосные многокаскадные усилители, стабилизированные обратной связью. Электронные вольтметры обладают рядом ценных качеств. Они имеют большое входное сопротивление, поэтому потребляют малую мощность от цепи, в которой производятся измерения. Диапазон их рабочих частот может простираться от нуля до сотен мегагерц. Значения измеряемых напряжений лежат в области от нескольких микро- вольт до киловольт. К недостаткам электронных вольтметров относятся необходимость источника питания, невысокая точность, обусловленная недостаточной стабильностью электронных элементов 1резисторов, ламп, гюлупроводниковых диодов и триодов и тц.) .
На электронные вольтметры установлены классы точности от 0,1 до 25. Обычные классы 2,5; 4,0, а на повышенных частотах б, 10, 15. Вольтметры средневьщрямленного значения и амплитудные вольтметры имеют также погрешности, зависящие от формы кривой тока. По принципу действия они реагируют на средневыпрямленное и амплитудное значения, но для удобства работы обычно градуируются в среднеквадратических (действующих) значениях напряжения. Такая градуи- 63 ровка может быть произведена только для определенной формы кривой тока. Обычно эта форма предполагается синусоидальной. Поэтому вольтметры средневыпрямленного и амплитудного значений дают правильные показания только лри сннусоидальной кривой измеряемого напряжения.
Если кривая отличается от синусоиды, погрешности могут возрастать до десятков процентов. Электронные вольтметры часто входят в состав и являются основой многопредельных комбинированных приборов, позволяющих наряду с напряжением измерять другие электрические величины, например сопротивление. Такие приборы широко используются в лабораторной практике, особенно для радиотехнических измерений. Описанные выше электромеханнческие и электронные приборы являются показывающими, выполняемыми по схеме прямого действия н использующими 'метод непосредственной оценки 1см, й 1,2 и 1.4).
Они удобны в работе и имеют малое время измерения, однако обладают сравнительно большими погрешностями. Для выполнения измерений повышенной точности применяют более сложные приборы. Онн выполняются по схемам уравновешивания и используют метод сравнения. К таким приборам относятся компенсаторы (лотенцнометры) н измерительные мосты. 2.8.
Ксмпеысдтоны Комленсагорами (или лотенлиомстрами) называются риборы для измерения методом сравнения ЭДС, напряжений или величин, функционально с ними связанных. Существуют компенсаторы как постоянного„так и переменного тока. Компенсаторы постоянного тока обычно выполняются по принципиальной схеме, приведенной на рис, 231. Источник постоянного тока СВ1 обеспечивает протекание рабочего тока 1 в цепи, составленной из последовательно соединенных резисторов: измерительного В„, устало. ночного Вг и регулнровочного В,. Зажимы НЭ 1на схеме не показаны) служат для подключения нормального элемента СВ2, а зажимы 6'„— для подключения измеряемого напряжения. При помошн переключателя Я гальванометр РС можно включать либо в цепь нормального элемента (положение НЭ), либо в цепь измеряемого напряжения (лоложе- ннеХ).
В соответствии с идеей метода измеряемое напряжение 11х необходимо сравнить с падением напряжения, создаваемым рабочим током Х на части В измерительного резистора В„. На практике в качестве В„используют магазин резисторов, обеспечнваняций высокую точность задания требуемого значения В. Процесс измерения напряжения состоит из двух операций: установления рабочего тока 1 и уравновешивания измеряемого напряжения Уз напряженнем, создаваемым рабочим током на В.
Для установления 64 рабочего тока пеРеключатель гальванометра ставят в положение НЭ и при помощи резистора Ер добиваются отсутствия 7 тока в гальванометре. Это будет иметь место в том случае, если падение напряжения на установочном резисторе Е„ равно ЭДС нормального элемента: Жу =Е„. (2.67) Таким образом, при отсутствии тока в цепи гальванометра рабочий ток Ряс 2.31 Ен/Еу ° (2.68) После этого переходят ко второй операции: переключатель гальванометра устанавливают в положение Хи при помощи магазина резисторов Еа устанавливают такое значение сопротивления А, при котором происходит уравновешивание измеряемого напряжения падением напряжения Ж.
Это произойдет тогда, когда ток через гальванометр снова будет отсутствовать. В резулыате уравновешивания (2.69) После подстановки выражения для рабочего тока 1 (2.68) а (2.69) получим У = (Е„/К)Е. (2.70) Чтобы избежать вычислений по (2.70) прн каждом из актов измерений, удобно выбрать значение Я, таким, чтобы отношение Еа/Ау было числом, представимым в виде 10 ", где и — целое. Если, наприьюр, л = 4, то Еа / Еу = 10 " и соотношение (2.70) принимает вид П„= 0,000 1Я. Э-60 1б При этом вычисление Ц существенно упрощается. Практически этап вычисления исключается полностью, так как на шкалах магазина резисторов Еа, цри помощи которого устанавливается требуемое значение К, наносятся числовые отметки, сразу дающие значение Ц, в вольтах.
1С сожалениями ЭДС нормального элемента Ьн хотя и слабо, но зависит от температуры. Поэтому значение отношения Ее/Ку может несколько отличатьса от требуемого "круглого" значения 10 ". Для устранения такого отличия служит небольшой переменный резистор, который вместе с постоянным резистором входит в состав Е,. Перед измерением значение К, несколько корректируется, чтобы компенсировать уход отношения Е и/71, за счет температурных измелсний Е„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
