Особенности измерения напряжений переменных сигналов различной формы электронными аналоговыми вольтметрами. (ответы не нравятся)

2.6. Электронные аналоговые вольтметры.

 

 

 

Принцип действия. В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. Электрон­ный преобразователь может быть ламповым или полупроводнико­вым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический. Элект­ронные аналоговые вольтметры позволяют производить измерения в широком диапазоне напряжений и частот.

 

 

Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 2.28.

 

Измеряемое напряжение U, подается на входное устройство, представляющее собой многопредельный высокоомный делитель на резисторах. С делителя напряжение поступает на уси­литель постоянного тока и далее — на измерительный механизм. Де­литель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высо­кого сопротивления входной цепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма. Входное сопротивление электрон­ного вольтметра составляет обычно несколько десятков мегаом. Это позволяет производить измерения в высокоомных цепях без заметного потребления мощности от объекта измерения. Диапазон, измеряемых напряжений постоянного тока — от десятков милливольт до несколь­ких киловольт.

 

Электронные вольтметры переменного тока выполняются по 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 (для 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 только достаточно большие напряжения.

 

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.

//---------------------------------------

18. Электронные вольтемтры.

Самыми распространенными электронными приборами яв­ляются вольтметры, большинство из которых рассчитано не только на измерение переменных и постоянных напряжений, но также переменных и постоянных токов и активных сопротивле­ний.

Тракт измерения переменных напряжений в электронных вольтметрах построен, как правило, по одной из схем, приведен­ных на рис.25. Первая схема (рис.25,а) предназначена для изме­рения малых напряжений. Недостаток ее - более узкий диапазон измеряемых частот.

В основе построения измерительного устройства цифровых электронных вольтметров лежит тот или иной метод преобразо­вания аналоговой величины в цифровую форму. Большинство со­временных цифровых измерителей используют преобразования либо по методу поразрядного уравновешивания, либо по методу последовательного счета. Примеры функциональных схем, реа­лизующих эти методы, приведены на рис.26 и 27.

На вход измерительного устройства подается постоянное напряжение U_x. Напряжение U_x представляет собой либо измеряемое постоянное напряжение, либо выходное напряжение де­тектора (при измерении переменного напряжения).

При измерении напряжения по методу поразрядного урав­новешивания (рис.26) на первом такте измеряемое значение U_x сравнивается с максимальным напряжением U_K старшего разряда генератора компенсирующего напряжения (ГКН). Если U_K > U_x> то схема сравнения вырабатывает сигнал, выключающий этот разряд из дальнейшего рассмотрения. Если U_K<U_X, то он остает­ся включенным. На втором такте U_x сравнивается с величиной U_K/2 и происходят те же операции. На третьем такте происходит сравнение U_x и U_K/4 и т.д. Результат измерения считывается по числу оставшихся включенными разрядов.

Функционирует схема рис.27 следующим образом; в начале измерения запускается устройство управления, которое пооче­редно вырабатывает параллельные коды, соответствующие вели­чинам U_K, U_{K /2}; U_K/4 и т.д. Под воздействием этих кодов ГКН формирует компенсирующие напряжения U_K, U_K/2 и т.д. до тех пор, пока очередное напряжение не окажется менее измеряемого U_x и на уравновешивающую цепь не поступит соответствующее напряжение. В этом случае разряд, подаваемый на ГКН, не сни­мается, а указанная процедура повторяется для следующего младшего разряда.

 

 

При измерении напряжения по методу последовательного счета (рис.27) в момент начала измерения запускается (вручную или автоматически) пусковое устройство, вырабатывающее им­пульс, определяющий момент начала работы генератора линейно изменяющегося напряжения U_K, поступающего на компаратор. Одновременно этот же импульс открывает схему совпадения и на вход электронного отсчетного устройства начинают поступать от кварцевого

 генератора счетные импульсы. В момент равенства измеряемого напряжения U_x и U_K компаратор вырабатывает сигнал, запирающий схему совпадения. Таким образом, электронное отсчетное устройство фиксирует число импульсов, прошедших за время, пока открыта схема совпадения. Это время пропорцио­нально измеряемой величине напряжения U_K.

Выходное сопротивление электронных вольтметров составляет десятки кОм. Ими можно измерять сопротивления от единиц мкВ до нескольких кВ. Основные источники погрешностей здесь: нестабильность элементов и собственные шумы электронных схем. Класс точности таких приборов – до 1,5. И магнитоэлектрическим и электронным вольтметрам присуща температурная погрешность, а также механические погрешности измерительного механизма и погрешности шкалы.

//---------------------------------------

Глава 11 Электронные вольтметры переменного тока. Принцип работы, устройство, основные характеристики.

Электронным вольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки.

В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. Электрон­ный преобразователь может быть ламповым или полупроводнико­вым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический.

Недостатками вольт­метров являются трудность изменения предела измерений, из-за чего приборы выполняются, как правило, однопредельными, и низ­кая чувствительность (верхний предел измерений не менее десятков вольт), что определяет преимущественное их использование для измерения высоких напряжений. Необходимость питания от стабильных источников по­стоянного или переменного напряжения; необходимость в электри­ческой установке стрелки измерителя на нуль или калибровке вольтметра перед началом измерений; сравнительно большая по­грешность измерений (до 3—5%). Шкалу любого электронного вольтметра градуируют в среднеквадратических (действующих) значениях напряжения синусоидальной формы. Исключение составляют импульсные вольтметры, шкалу которых градуируют в амплитудных значениях.

Преимущества

Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью, высоким входным сопротивлением, широким диапазоном измеряемых напряжений, могут работать в широком диапазоне частот.

Диапазон измерений

Электронные вольтметры обладают широким диапазоном измеряемых напряжений: от десятков нановольт на постоянном токе до десятков киловольт, работают в частотном диапазоне от постоянного тока до частот порядка сотен мегагерц, входное сопротивление более 1 МОм.

Вольтметры с уравновешивающим преобразованием, как правило, имеют более высокие классы точности: 0,2 – 2,5.

Электронные вольтметры чаще всего делятся:

- по назначению: пост. и перем. тока, импульсные, фазочувствительные, селективные, универсальные.

- по типу отсчетного устройства: аналоговые (возможность контроля постоянства, более высокая скорость считывания показаний) и цифровые (высокой точностью),

- по методу измерения: прямого сравнения с мерой и компенсационного.

- по измеряемым параметрам напряжения: амплитудные, среднеквадратич. значения, - по частотному диапазону: НЧ, ВЧ, широкодиапазонные.

При измерении U=I напряжений постоянного тока, определяют его значение. При измерении напряжений переменного тока находят значение какого-либо его параметра – пиковое (наибольшее мгновенное значение напряжения за время измерения или за период), среднее (постоянная составляющая U₀=1/T∙⌠₀^TU(t)dt), средне-выпрямленное (среднее значение модуля напряжения: U_СВ=1/T∙⌠₀^T|U(t)|dt) или среднеквадратическое (U=√(1/T)∙⌠₀^TU²(t)dt).

Связь между пиковым, средневыпрямленным и среднеквадратичным знаением напряжения данной формы устанавливается при помощи коэффициента амплитуды: Кп=U_m/U и коэф. формы кривой: Кф=U/U_СВ. Для напряжений синусоидальной формы коэффициент амплитуды =√2, коэффициент формы 2√2/π.

Вольтметры переменного тока выполняются по одной из следующих схем. 1)u_х –[ВБ]-->[Д]-->[УПТ]-->[ИП], 2) u_х –[ВБ]-->[У~T]-->[Д]-->i_х [ИП]. ВБ – входной блок, УПТ – усилитель постоянного тока, ИП – измерительный прибор, У~T – усилитель переменного тока, Д – демодулятор.

В схеме 1 измеряемое переменное напряжение сначало преобразуется в постоянное, затем усиливается в УПТ, индуцируется на ИП. Вольтметры, построенные по этой схеме имеют очень широкий диапазон частот, недостаток – невозможность измерения малых напряжений или большая аддитивная погрешность при измерении малых напряжений из-за падения напряжения на p-n переходах. Вольтметры, построенные по 2-ой структуре – усиливается сразу переменное напряжение и выпрямление осуществляется после усиления. Такие вольтметры отличаются высокой чувствительностью и могут измерять напряжение десятки микровольт, но их диапазон рабочих частот ограничен полосой пропускания УПТ.