Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 68
Текст из файла (страница 68)
8 8,а имеет широкий частотный диапазон (до 1О М1ц), на невысокую чувствительность (по тем же причинам, что и у вольтметров постоянного напряжения). Предел измерения таких вольтметров — десятки милливольт. Электронные вольтметры, использующие схему рис.8.8,6, имеют высокую чувствительность, однако обеспечить широкий частотный диапазон усилителей переменного напряжения с большим К технически т трудная задача. Поэтому эти вольтметры имеют предел измерения до десятка микровольт, а частотный диапазон до 10 МГц Рис 8 8 Структурные схемы электронных воль гме1ров переменно~ о напряжения а) Рис 89 Схемы и временные диаграммы амплитудных детекторов с открытым (а) и закрытым (б) входами В зависимости от того, какие значения напряжений необходимо измерять, различают вольтметры амплитудного, средневыпрямленного и действующего значений напряжений. Амплитудные вольтметры имеют амплитудные (пиковые) детекторы с открытым (рис.8.9,а) или закрытым (рис.8.9,б) входами.
Для уменьшения пульсации в первой схеме необходимо обеспечить соотношение тр„» т„р, где тр„и тзвр — постоянные времени разрядки и зарядки конденсатора С, Йли тзар ~~в и т аз 1ун Где~в и~н Верхняя и нижняя границы частотного диапазойа. Особенностью этих преобразователей является то, что они пропускают постоянную составляющую входного сигнала Уо (если она есть) и тогда У„ы„= Уо + Е'„, а уравнение шкалы прибора: а =Хи%)+~' ) (8.4) Для второй схемы характерны пульсации, равные Е' . Для уменьшения их используется фильтр ЯФСФ. Необходимо учитывать, что шкала электронного вольтметра градуируется в действующих значениях синусоидального напряжения, поэтому при измерении напряжения другой формы необходимо делать перерасчет, используя коэффициент амплитуды несинусоидального напряжения.
Вольтметры среднего значения напряжения используют преобразо ватели переменного напряжения в постоянное (рис.8.10) При использовании схемы рис. 8 10,п (однополупериодное выпрямление) ток в ИМ существует в течение полупериода Диод И)2 и резистор Н ис пользуют для выравнивания обеих полуволн тока в обшей цепи. а также для защиты от пробоя диода ГВ~ в закрытом состоянии. 35б а) б~ Рис 8 1О. Схемы однополупериодного (а) н двухполупериодного (б) преобразователя напряжения При использовании схемы рис.8.10,б выпрямленный ток через ИМ существует в оба полупериода и, следовательно, чувствительность этой схемы выше, чем предыдущей. На эти преобразователи обычно подается усиленное напряжение и .
Это повышает чувствительность вольтметров и понижает влияние " нелинейности диодов. Уравнение шкалы у вольтметров среднего значения напряжения: Т а =х„1(т 1 )и, (~)( й =к„Г (8.5) Вольтметры действующего значения напряжения имеют преобразователь переменного напряжения с квадратичной характеристикой 2 живых гl~ вх В качестве таких преобразователей могут быть использованы термо-преобразователи.
У вольтметров с такими преобразователями показания независимо от формы кривой измеряемого напряжения пропорциональны квадрату действующего значения т а =Хг~ УТ з' и~„й =~у(У~, (8.6) т.е. вольтметры имеют квадратичную ~калу, что не всегда удобно. Поэтому существуют разработки вольтметров действующего значения с равномерной шкалой. Пример построения такого вольтметра показан на рис.8.11. Здесь использованы два квадратичных элемента, один из которых находится в цепи отрицательной обратной связи (ООС): е1=~с1~12 е2=12.( 2 (8.7) где 11 и 12 — токи нагревателей, 11 и 1с2 — коэффициенты, зависящие ' от свойств термопар.
Рис 8.11 Схема вольтметра действующего значения с равномерной шкалой 357 Так как У, = К, Г, (см.рис.8.11), то е! — — /с1Ку! У~ . При большом коэффициенте усиления К 2 получим Ле =е1- е2 = О. Это означает что с! е~ и К2У2 — ~с ~2 и отклонение указателя измерительного механизма ИМ составит (8.8) и =я~ 22=у,, ку1~х! ч =К~и — х Рис 8 12 Структурная схема универсально- га вопыметра Рис.8 13.
Схема амплитудного преобразо- вателя Таким образом получаем равномерную шкалу вольтметра. Универсальные вольтметры. Эти вольтметры предназначены для измерения постоянного и переменного напряжений, а также для изме рения сопротивления В, (рис.8.12). Преобразователь Пя обеспечивает функцию преобразования Пвмх =~(А ), преобразователь Пр чаще всего -- это преобразователь амплитудного значения с закрытым входом, что объясняется независимостью напряжения на выходе от постоянной составляющей напряжения на входе. Появление высокостабильных операционных усилителей с малым дрейфом позволяет существенно снизить порог чувствительности в режиме измерения переменного напряжения при сохранении достаточно широкого частотного диапазона.
Импульсные вольтметры. Эти вольтметры используются для измерения амплитуды импульсных сигналов различной формы. Особенностью их работы является малая длительность измеряемых импульсов (10 — ! 00 нс), большая скважность (до !09). Импульсные вольтметры градуируются в амплитудных значениях напряжений.
В современных приборах используются компенсационные схемы амплитудных преОбраЗОВатЕЛЕй (рИС.8 13). НаПряжЕНИЕ ивх ЗаряжаЕт КОНдЕНСатОр С1. Переменная составляющая напряжения на конденсаторе С~, вызванная подзарядкой конденсатора измеряемым импульсом и его разрядкой в промежутки времени между импульсами, усиливается усилителем и выпрямляется с помощью диода р7)~ Постоянная времени выходной цепи выбирается большой, поэтому напряжение и„„, изменяется мало в промежутки между импульсами. С выхода усилителя через резистор обратной связи А, подается на конденсатор Г, компенсирующее напряжение и поэтому напряжение на нем в установившемся режиме практически равно амплитуде измеряемых импульсов, а выходное напряжение (8.9) Ь' „„=Е ' А/ (А+ А,) .
.~смг А Уп ' где/, — гармоническая составляющая входного напряжения. Усилитель промежуточной частоты УОЧ настроен на фиксированную среднюю частоту/~. Это означает, что на выходе усилителя /,„, = ~~ или 1,', = 1; — /~. Деиствующее значение этох' гармоники измеряется вольтметром действующего значения ВДЗ ),изменяя частоту генератора, можно измерить действующее значение различных гармонических составляющих входного напряжения.
Рне 8 !4 Упрощенная струкгур схема селектнвного вольтметра Вопрос 8.3. Чем ограничивается предел измерения ЭВПН? Варианты ответа 8.3 1. Нестабильностью работы УПТ 8 3 2. Большим входным сопротивлением УПТ. 8.3.3. Цепью отрицательной обратной связи. Селективные вольтметры. Это вольтметры предназначены для измерения действующего значения напряжения в некоторой полосе частот или отдельных гармонических составляющих несинусоидального напряжения Упрощенная схема (в качестве примера) приведена на рис.8.! 4. Измеряемое напряжение Ь' через измерительный усилитель (входной) УВ подается на смеситель Си.
Последний преобразует частотный спектр измеряемого напряжения так, что на выходе появляется напряжение с разностной частотой генератора à — ф и измеряемого напряжения —,1', т.е. Вопрос 8.4. Чем отличаются амплитудные детекторы открытого „ закрытого типа? Варианты отеети 8 4 1 Входным напряжением. 8 4 2 Использование явления резонанса 8 4 3 Наличием конденсатора на входе детектора 8.3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОЦ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 2-й вариан г (см рис 8 15,б) (8 11) Электронные омметры имеют широкий диапазон измерения (1О 4 -- 10'"- Ом) и служат для измерения сопротивлений резисторов, изо ляции, контактов и т д. Погрешность этих приборов составляет от еди ниц процентов до 10',4 (при измерении больших сопротивлений). В основу построения омметров положено преобразование измеряе мого сопротивления в постоянное напряжение от источника стабили- зированного напряжения (ИСН), которое подается на магнитоэлектри- ческии измерительный механизм (ИМ).
Наибольшее распространение по- лучили схемы, приведенные на рис 8 15, где показаны два варианта вклю- чения резисторов А0 и В, Используемый усилитель постоянного тока (УПТ) имеет большое входное сопротивление Я„, поэтому шунтирующим его действием пренебрегаем Тогда В, а =1< Г„=И!в, 1-й вариант (см рис 8.15,а) (8 10) Л +Л„ Ло а =А (' =/СГО О Очевидно, что шкала омметров неравномерна Для уменьшения погрешности в омметрах предусмотрены регули- ровка «Установка нуля» при Л = О и «установка о» при В = о . б) Рис 8 !5 СхемыэлекМФЬннйх оччетров Рис 8 16 Схемы электронных омметров с цепями обратной связи С~ОИО= С~ И (рис.8.16,а) (8.12) (7о!А»= ЩАд (рис.8 16,й.
(8.13) Для первого варианта Ь' = 'о А„ИО и и =5 Ь', где 5 — чувствительность ИМ При измерении больших соп отивлений ( А, =10~ — 1О'- Ом) использование этой схемы (рис.8.16,а) приводит к большим значениям погрешности из-за того, что токи через резисторы АО и А становятся соизмеримыми с входным током УПТ и токами утечки. В этом случае необходимо использовать схему второго варианта прибора(рис 8.16,6), у которого гиперболическая шкала: о =~ЪАо7А, (8 14) Ток через резистор А можно увеличить путем увеличения Ео (до сотен вольт) и использовать резистор Ао с меньшим сопротивлением Измерение малых сопротивлений (до 1О 4 Ом) производится миллиомметрами.
Их особенностями является питание переменным напряжением от генератора Г(рис 8.17) для исключения влияния термо- ЭДС и обеспечения высокой чувствительности (большого коэффициента усиления усилителя) при измерении малых сопротивлении Для уменьшения влияния сопротивления соединительных проводов измеряемый резистор включают по четырехпроводной схеме 361 Также применяются схемы для построения омметров, представленные на рис.
8.16. В цепь обратной связи УПТ включается резистор с измеряемым сопротивлением А, или образцовый резистор Ао. Входной ток усилителя практически равен нулю, поэтому будут справедливы соотношения: Рис.8 17 Схема электронного омметметра для измерения малых сопротивлений Электронные приборы для измерения индуктивности катушки 1., емкости конденсатора С и добротности контура Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
