книга в верде после распозна (1024283), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Вторая схема позволяет строить чувствительные вольтметры, 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 или среднеквадратическому) измеряемого напряжения соответствует напряжение на выходе детектора.

Детекторы средневыпрямленного 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 значения 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 термо­преобразователи.

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 результат измерения, во втором — постоянная составляющая исключается из-за наличия разделительного конденсатора на входе детектора.

В зависимости от применяемой схемы выпрямления вольтметры под­разделяются 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 Ux подается на сетку триода VL1 через резистор В.ф, который вместе с конденсатором Сф образует фильтр, уменьшающий пульса­ции на сетке лампы. При короткозамкнутом входе, т.е. в отсутствие напряжения Ux, потенциалы сеток обеих ламп VL1 и VL2 равны и уста-

0

Рис. 2.30

новка на нуль измерительного механизма вольтметра PV может быть выполнена при помощи переменного резистора R4. Появление напря­жения Ux приведет к изменению внутреннего ' сопротивления лам­пы VL1, 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 Ux. 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 микро­вольт до киловольт.

К недостаткам электронных вольтметров относятся необходимость источника питания, невысокая точность, обусловленная недостаточ­ной стабильностью электронных элементов (резисторов, ламп, полу­проводниковых диодов и триодов и т.д.). На электронные вольтметры установлены классы точности от 0,1 до 25. Обычные классы 2,5; 4,0, а на повышенных частотах 6,10, 15.

Вольтметры средневыпрямленного 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 сред-неквадратических (действующих) значениях напряжения. Такая градуи-

0

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 при синусоидальной 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 электромеханические и электронные приборы яв­ляются показывающими, выполняемыми по схеме прямого действия и использующими 'метод непосредственной оценки (см § 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. Они выполняются по схемам уравновешивания и используют метод сравнения. К таким приборам относятся компенсато­ры (потенциометры) и измерительные мосты.

2.8. КОМПЕНСАТОРЫ

Компенсаторами (или потенциометрами) называются при­боры 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. 2.31. Источник постоянного тока GB1 обеспечивает протекание рабочего тока / в цепи, составленной из последовательно соединенных резисторов: измерительного RK, устано­вочного Ry и регулировочного jRp. Зажимы НЭ (на схеме не показаны) служат для подключения нормального элемента GB2, а зажимы Ux — для подключения измеряемого напряжения. При помощи переключате­ля S гальванометр PG можно включать либо в цепь нормального эле­мента (положение НЭ), либо в цепь измеряемого напряжения (положе­ние X)

В соответствии с идеей метода измеряемое напряжение Ux необходимо сравнить с падением напряжения, создаваемым рабочим током / на ча­сти R измерительного резистора RK. На практике в качестве jRh исполь­зуют магазин резисторов, обеспечивающий высокую точность задания требуемого значения/?.

Процесс измерения напряжения состоит из двух операций: установ­ления рабочего тока / и уравновешивания измеряемого напряжения Ux напряжением, создаваемым рабочим током на R. Для установления 64 рабочего тока переключатель гальвано­метра ставят в положение НЭ и при помо­щи резистора Rp добиваются отсутствия тока в гальванометре. Это будет иметь место в том случае, если падение напря­жения на установочном резисторе Ry равно ЭДС нормального элемента:

IRV =£н

(2.67)

Таким образом, при отсутствии тока в цепи гальванометра рабочий ток

/ = EH/R

у •

(2.68)

После этого переходят ко второй операции: переключатель гальва­нометра устанавливают в положение X и при помощи магазина резисто­ров RK устанавливают такое значение сопротивления R, при котором происходит уравновешивание измеряемого напряжения падением напряжения IR. Это произойдет тогда, когда ток через гальванометр снова будет отсутствовать. В результате уравновешивания

U = IR.

(2.69)

После подстановки выражения для рабочего тока / (2.68) в (2.69) получим

(2.70)

Чтобы избежать вычислений по (2.70) при каждом из актов измере­ний, удобно выбрать значение Ry таким, чтобы отношение EH/Ry было числом, представимым в виде 10~", где п — целое. Если, например, и = 4, то Ен IRy = Ю~4 и соотношение (2.70) принимает вид

Ux = 0,000 LR.

При этом вычисление Ux существенно упрощается. Практически этап вычисления исключается полностью, так как на шкалах магазина ре­зисторов RK, при помощи которого устанавливается требуемое зна­чение R, наносятся числовые отметки, сразу дающие значение Ux в воль­тах.

К сожалению, ЭДС нормального элемента Ен хотя и слабо, но зависит от температуры. Поэтому значение отношения EfJRy может несколько отличаться от требуемого "круглого" значения 10"". Дтя устранения такого отличия служит небольшой переменный резистор, который вме­сте с постоянным резистором входит в состав Ry. Перед измерением значение Ry несколько корректируется, чтобы компенсировать уход отношения Е H/Ry за счет температурных изменений Ен.

3-6016

0

При помощи компенсаторов можно измерять ЭДС и напряжения с весьма высокой точностью, так как резисторы /?и и Ry могут иметь погрешности, не превышающие 0,001%. Значение ЭДС нормального эле­мента известно также с не меньшей точностью. Классы точности ком­пенсаторов постоянного тока лежат в пределах от 0,0005 до 0,5. Верхний предел измерения не превосходит 1,5—2,5 В. Нижний предел может со­ставлять единицы нановольт. Если вместо нормального элемента ис­пользуется стабилизированный источник постоянного тока, то верхний предел измерения может быть повышен до нескольких десятков вольт. Для измерения более высоких напряжений применяются схемы с дели­телем напряжения. При этом, однако, утрачивается одно из основных достоинств компенсационного метода измерения — отсутствие потреб­ления мощности от объекта измерения.

Компенсаторы используются также для точных косвенных измере­ний токов и сопротивлений. Для измерения тока 1Х в цепь включается образцовый резистор, сопротивление R0 которого известно с большой точностью, и компенсатором измеряется падение напряжения U на этом сопротивлении. Ток вычисляется по формуле Ix = U/R0. Для измере­ния сопротивления резистора Rx последовательно с ним включается образцовый резистор R0 и в этой цепи устанавливается ток /. Падение напряжения на Rx и R0 измеряется компенсатором. Из уравнений

следует формула для вычисления значения измеряемого сопротивле­ния Rx:

Rx = RoUx/U0.

Автоматические компенсаторы постоянного тока. Измерения ручны­ми компенсаторами требуют много времени. При этом не обеспечивается непрерывное слежение за текущим значением измеряемой величины. Непосредственное использование схемы, представленной на рис. 2.31, для построения автоматических компенсаторов неудобно из-за труд­ности автоматизации описанных выше последовательных этапов про­цесса измерения, таких, как установка рабочего тока, сравнение измеряемого и известного напряжений, считывание результата измере­ния и т.д. Поэтому для построения автоматических компенсаторов ис­пользуют другие схемы. Одна из наиболее распространенных приведена на рис. 2.32. В данном случае измеряемое напряжение Ux должно быть скомпенсировано напряжением Uqq, возникающим между точкой а и подвижным контактом б резистора jRp, выполненного в виде реохор­да. Если компенсации нет, то некомпенсированная разность Ux — UQ^ (после преобразования ее в переменное напряжение вибропреобразова­телем и усиления усилителем переменного тока) воздействует на ре­версивный двигатель РД. Механическая связь двигателя с подвижным

0

контактом б приводит к перемещению последнего.в направлении, обес­печивающем компенсацию измеряемого напряжения Ux напряже­нием Uqq. Двигатель при своем вращении перемещает также указатель вдоль шкалы компенсатора, обеспечивая возможность визуального счи­тывания показаний. Кроме того, большинство автоматических компенса­торов имеют механизмы записи показаний на бумажной ленте или диске.

Требуемое значение рабочего тока устанавливается при помощи пере­менного резистора Ry, включенного последовательно со стабилизиро­ванным источником питания.

При правильной установке рабочего тока падение напряжения на ре­зисторе R4 должно быть равно ЭДС нормального элемента. Такое значе­ние выбрано потому, что его удобно контролировать при помощи об­разцового компенсатора, снабженного нормальным элементом. Для этого на резисторе R4 имеются специальные зажимы.

Характеристики

Список файлов книги