1.1 Электрический вольтметр переменного тока
Вольтметр переменного тока предназначен для измерения интегральных значений переменных сигналов. Наиболее часто требуется измерять действующее значение напряжения. Для этого обычно используются измерительные преобразователи, непосредственно формирующие величину, пропорциональную действующему значению напряжения, или измерительные преобразователи выпрямительного типа.
Для выпрямления измеряемых переменных сигналов в приборе используется прецизионный выпрямитель, схема которого изображена на рис.1.3.
Рис.1.3. - Схема прецизионного выпрямителя
Положительный входной сигнал усиливается и инвертируется ОУ DA1. Под действием отрицательного выходного сигнала ОУ DA1 открывается диод VD1 и точка a соединяется с выходом ОУ DA1 и с входом DA2 через резистор R/2. Отрицательный сигнал в точке a усиливается вдвое и инвертируется ОУ DA2. Вместе с этим на вход DA2 через резистор R с входа выпрямителя поступает положительный сигнал, который инвертируется ОУ DA2 без усиления. В результате суммирования на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный входному. При отрицательном входном сигнале диод VD1 закрыт, а VD2 замыкает цепь обратной связи ОУ DA1 и напряжение в точке а близко к нулю. На вход DA2 поступает только отрицательный входной сигнал, который инвертируется, и на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный по модулю входному.
Примем R=10кОм, тогда R/2=5кОм.
Объединив схемы выпрямителя и вольтметра постоянного тока, мы получим схему вольтметра переменного тока, которая изображена на рис.1.4. Параметры вольтметра переменного тока остаются такими же, как и для вольтметра постоянного тока.
Рис. 1.4. - Функциональная схема электронного вольтметра переменного тока
Аналоговые электромеханические вольтметры
Вольтметры постоянного тока BC, предназначены для измерения напряжения в цепях постоянного тока и применяются в различных отраслях промышленности.Данные приборы являются приборами электромагнитного типа. Принцип действия приборов основан на использовании взаимодействия магнитного поля измеряемого тока, проходящего по неподвижной катушке, и подвижной катушки, которая в зависимости от величины протекающего тока втягивается в окно неподвижной катушки.
Электромагнитные вольтметры - наиболее просты в изготовлении, дёшевы и надёжны в эксплуатации. Они применяются главным образом как стационарные на распределительных щитах электростанций и промышленных предприятий и более редко в качестве лабораторных приборов. Недостатки таких Вольтметр — относительно большое собственное потребление энергии (3—7 вт) и большая индуктивность обмотки, приводящая к существенной зависимости показаний Вольтметр от частоты.
Магнитоэлектрические - наиболее чувствительны и точны, пригодные, однако, для измерений только в цепях постоянного тока. В комплекте с термоэлектрическими, полупроводниковыми или электронно-ламповыми преобразователями переменного тока в постоянный они применяются для измерения напряжения в цепях переменного тока. Такие Вольтметр, называются термоэлектрическими, выпрямительными и электронными, применяются главным образом в лабораторной практике. Выпрямительные Вольтметр используют для измерений в диапазоне звуковых частот, а термоэлектрические и электронные — на высоких частотах. Недостаток этих приборов — существенное влияние на правильность их показаний формы кривой измеряемого напряжения.
Электронные вольтметры - имеют сложные схемы с применением недостаточно стабильных элементов (электронных ламп, малогабаритных электрических сопротивлений и конденсаторов), что приводит к снижению их надёжности и точности. Однако они незаменимы при измерениях в маломощных радиотехнических цепях, так как имеют большое входное сопротивление и работают в широком диапазоне частот (от 50 гц до 100 Мгц) с погрешностями, не превышающими 3% от верхнего предела измерения. Изготовляются также электронные Вольтметр для измерения амплитуды импульсов напряжения длительностью от десятых долей мксек при скважности до 2500.
Существуют также вольтметры тепловой и индукционной систем, но в настоящее время они не применяются, из-за большой зависимости их показани от температуры окружающей среды, а так же от большого собственного потребления энергии.
Аналоговые электронные вольтметры общего назначения
Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель (постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.
Цифровые электронные вольтметры общего назначения
Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразовании измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.
Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока
Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.
ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)
В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.
Импульсные вольтметры
1. Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.
Фазочувствительные вольтметры
Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.
Селективные вольтметры
Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять как измерительный приёмник.