17.Вольтметры среднеквадратических значений
Измерение СКЗ переменных напряжений требует применения измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное, имеющего квадратичную характеристику. Тогда если это постоянное напряжение подать на магнитоэлектрический вольтметр, то его показания будут пропорциональными квадрату СКЗ. Если при градуировке шкалы провести операцию извлечения корня, то показания вольтметра будут пропорциональными СКЗ.
Вольтметры СКЗ обеспечивают наиболее высокую точность при измерении СКЗ переменных напряжений, имеющих большое число гармоник.
В основном в таких вольтметрах используется детектор с диодной цепочкой и термоэлектрический преобразователь. Детектор с диодной цепочкой обладает значительной нестабильностью параметров, обусловленной нестабильностями элементов. Частотный диапазон ограничен снизу свойствами трансформатора, сверху – паразитными параметрами цепочки, индуктивностью проводов, собственной емкостью и составляет от 20 Гц до 100 кГц. Для создания вольтметров общего применения такой диапазон узок.
Лучшие показатели в отношении частотного диапазона имеют термоэлектрические преобразователи. Однако они имеют малую чувствительность, что требует для обеспечения широкого частотного диапазона вольтметра широкополосного усилителя.
На рис. 6.31 показана структурная схема вольтметра СКЗ переменных напряжений с использованием термоэлектрических преобразователей.
Рис. 6.31. Вольтметр СКЗ переменных напряжений с использованием
термоэлектрических преобразователей
В данной схеме используются два одинаковых термопреобразователя ВК1 и ВК2 с косвенным подогревом и включены встречно на входе УПТ. На нагреватель ЕК1 поступает усиленный измеряемый сигнал KшUx, где Кш – коэффициент преобразования входной цепи и усилителя, а нагреватель ЕК2 подключен к выходу УПТ.
Каждый из термопреобразователей имеет квадратичную характеристику, так что U1=ΚTΚш2U2x, U2=ΚTβ2U2з и K(U1—U2)=U3 (1) где ΚT – постоянная величина, характеризующая термопреобразователь; β – коэффициент обратной связи.
Подставив значения U1 и U2 в уравнение связи, получим
Входное устройство обычно включает в себя истоковый повторитель и Т-образные аттенюаторы на высокочастотных резисторах, переключением которых достигается изменение пределов измерения. Широкополосный усилитель переменного напряжения должен обеспечить стабильное усиление в полосе частот от 20 Гц до 50 – 60 МГц. Время измерения из-за инерционности термопреобразователей составляет 1 – 3 с.
Погрешность вольтметра включает следующие составляющие: погрешность образцовой аппаратуры, по которой производится градуировка; погрешность градуировки, случайная составляющая погрешности стрелочного индикатора, неидентичность термопар, неравномерность частотной характеристики, нестабильность элементов схемы. Величина погрешности лежит в пределе 2,5 – 10 % в диапазоне частот 20 Гц – 50 МГц. Верхние значения погрешности имеют место на краях частотного и динамического диапазона. По схеме, аналогичной рассмотренной, построены вольтметры среднеквадратических значений В3-40, В3-42, В3-45, В3-46, В3-48.