30. Электронный вольтметр является прибором с преобразованием рода тока.

Достоинства магнитоэлектрического измерительного механизма (МЭИМ) и, в первую очередь, такие, как высокая точность и равномерность шкалы, предопределили его использование в электронных вольтметрах.

Порог чувствительности по напряжению на переменном токе составляет

U0 = 0.1- 0.2 В. Это объясняется тем, что первым блоком на переменном токе является выпрямитель.

Порог чувствительности определяется порогом чувствительности диодов выпрямителя.

Недостатки универсального электронного вольтметра:

наличие порога чувствительности на переменном токе (0,1-0,2 В); дрейф нуля на постоянном токе.

Достоинства универсального электронного вольтметра:

- благодаря использованию на входе по переменному току высокочастотных выпрямительных диодов можно достичь максимальной частоты измеряемого сигнала до fmax=300 МГц;

- чувствительность по постоянному току рассматриваемого ЭВ во много раз выше, чем по переменному току (до единиц микровольт).

электронный вольтметр переменного тока

Недостатки электронного вольтметра переменного тока:

- благодаря тому, что на входе рассматриваемого ЭВ находится усилитель

переменного тока верхняя граница частотного диапазона измеряемого сигнала не превышает значения fmax=3 МГц, что соответствует параметрам стандартного измерительного усилителя переменного тока.

Достоинства электронного вольтметра переменного тока:

- благодаря тому, что на входе рассматриваемого ЭВ находится усилитель

переменного тока порог чувствительности такого ЭВ достигает 1мкВ , что

соответствует стандартным значениям параметров измерительного усилителя

переменного тока.

Вольтметр постоянного тока с модуляцией-демодуляцией входного сигнала

имеет существенный недостаток, связанный с неконтролируемым дрейфом нуля, т.к. стандартный УПТ, применяющийся в этой схеме может иметь значительную не контролируемую аддитивную составляющую погрешности. Это свойственно всем стандартным УПТ.

В рассматриваемой схеме электронного вольтметра входной сигнал напряжения постоянного тока преобразуется с помощью модулятора в напряжение переменного тока с заданным апмлитудным информационным признаком.

31. Особенностью амплитудных преобразователей с открытым входом является то, что они пропускают постоянную составляющую входного сигнала (положительную для данного включения диода). Так, при Uвх = U0 + Um sinωt с U0>Um среднее значение выходного напряжения Uср =U0+ Um. Следовательно, α = kv (U0+Um). Очевидно, при ивх<0 подвижная часть ИМ не будет отклоняться, поскольку в этом случае закрыт диод Д.

В преобразователях с закрытым входом в установившемся режиме на резисторе R независимо от наличия постоянной составляющей входного сигнала имеется пульсирующее напряжение uR, изменяющееся от 0 до -2Um, где Um — амплитуда переменной составляющей входного напряжения. Среднее значение этого напряжения практически равно Um. Для уменьшения пульсаций выходного напряжения в таких преобразователях устанавливается фильтр нижних частот RфCф. Таким образом, показания вольтметра в этом случае определяются только амплитудным значением переменной составляющей входного напряжения их, т. е. α=kVUm.

Особенности амплитудных преобразователей с открытым и закрытым входами следует учитывать при измерении электронными вольтметрами.

Поскольку шкала вольтметров градуируется в действующих значениях синусоидального напряжения, то при измерении напряжений другой формы необходимо делать соответствующий пересчет, если известен коэффициент амплитуды измеряемого напряжения. Амплитудное значение измеряемого напряжения несинусоидальной формы Um =kа.с.Uпр= 1,4Uпр, где kа.с = 1,41 — коэффициент амплитуды синусоиды; Uпр - значение напряжения, отсчитанное по шкале прибора. Действующее значение измеряемого напряжения U=Um/kа= 1,4 Uпр / kа, где kа -коэффициент амплитуды измеряемого напряжения. В качестве выходного измерительного механизма предпочтительным является МЭИМ, представляющий собой хороший электромеханический интегратор напряжения Uвых.

32. 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. Источник постоянного тока обеспечивает протекание рабочего тока I в цепи, составленной из последовательно соединенных резисторов: измерительного Rи, установочного Rу и регулировочного Rp. Зажимы НЭ 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 I на части R измерительного резистора RИ. На практике в качестве RИ используют магазин резисторов, обеспечивающий высокую точность задания требуемого значения R.

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

После этого переходят ко второй операции: переключатель S гальванометра PG устанавливают в положение “Х” и при помощи магазина резисторов Rи устанавливают такое значение сопротивления R, при котором происходит уравновешивание измеряемого напряжения падением напряжения IR. Это

произойдет тогда, когда ток через гальванометр PG снова будет отсутствовать.

При помощи компенсаторов можно измерять ЭДС и напряжения с весьма высокой точностью, так как резисторы Rи 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 IХ 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 I. Падение напряжения на Rx и R0 измеряется компенсатором. Из уравнений Ux = IRx и U0 = IR0 следует формула для вычисления значения измеряемого сопротивления Rx:

Rx = R0Ux/U0.

33. Автоматические компенсаторы постоянного тока. измеряемое напряжение Ux должно быть скомпенсировано напряжением обратной связи UОБ , возникающим между точкой а и подвижным контактом б резистора Rp, выполненного в виде реохорда. Если компенсации нет, то некомпенсированная разность Ux - UОБ (после преобразования ее в переменное напряжение и усиления усилителем переменного тока) воздействует на реверсивный двигатель РД. Механическая связь двигателя с подвижным контактом б приводит к перемещению последнего в направлении, обеспечивающем компенсацию измеряемого напряжения Ux напряжением UОБ. Двигатель при своем вращении перемещает также указатель вдоль шкалы компенсатора, обеспечивая возможность визуального считывания показаний. Кроме того, большинство автоматических компенсаторов имеют механизмы записи ЗП 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.

Погрешность автоматических потенциометров не превышает 0,5%. Время пробега указателем шкалы составляет несколько секунд. Порог чувствительности составляет доли милливольта.