5.3 Свойства аналоговых электронных вольтметров и особенности их включения

Свойства электронных вольтметров определяются схемой входа, полным входным сопротивлением преобразователя, характером шкалы, чувствительностью, зависимостью показаний прибора от формы и частоты измеряемого на­пряжения, пределом измерений, по­грешностью.

Входное сопротивление вольтмет­ра состоит из активной и реактивной составляющих. Активная составляющая входного сопротивления зависит от схемы входа, преобразователя, типа применяемого нелинейного элемента, используемого во входном конденсаторе диэлектрика, и может изменяться в широких пределах.

Входная емкость электронного вольтметра образована емкостью входных элементов, токоподводящих проводников, межэлектрод­ной емкостью входных нелинейных элементов. На высоких частотах учитывается также индуктивность токоподводящих проводни­ков. С увеличением частоты входное сопротивление уменьшается, поскольку уменьшается сопротивление электрических потерь во входной емкости.

Э

Рисунок 5.11 – Эквивалентные схемы входной цепи

квивалентная схема входной цепи вольтметра на высоких час­тотах, несимметричная относительно земли, представлена на рис.1.7. Для уменьшения частотной погрешности измерения собст­венная частота входной цепи вольтметра должна быть в 5-10 раз выше частоты измеряемого вольтметром напряже­ния. Поскольку входное сопротивление определяет мощность потребления вольтметра от объекта измерения, оно должно быть в 50-100 раз больше сопротивления участка цепи, к которому вольтметр подключается параллельно.

Схема входной цепи вольтметра может быть упрощена, если диа­пазон частот измеряемого напряжения порядка 10-30 МГц и индук­тивность не учитываются и входное сопротивление носит активно-емкостный характер (рис. 5.11, а); в диапазоне частот 1-10 МГц входное сопротивление определяется преимущественно емкостным сопротивлением (рис. 5.11, б), поскольку оно много меньше активного сопротивления; в диапазоне частот ниже 1 МГц - активным сопротивлением (рис. 5.11, в) так как .

Для исключения погрешностей, вызванных влиянием паразитных емкостей, клеммы электронного вольтметра и объекта измере­ния, соединенные с корпусом, должны быть соединены вместе и заземлены (рис. 5.12). При измерениях напряжения на частотах выше 1 МГц необходимо пользоваться пробником, снижающим ча­стотную погрешность, вызванную и при высоких частотах, а также позволяющим осуществлять измерение непосредственно у объекта измерения.

По пределам измерения напряжений вольтметр выбирают так, чтобы нижний предел обеспечивал достаточно высокую чувстви­тельность, а верхний - позво­лял по возможности обходиться без применения внешних дели­телей напряжения.

Рисунок 5.12 – Схема включения аналогового электронного вольтметра

Шкалы большинства вольтметров независимо от типа преобразования градуируют в дейст­вующих значениях синусоидаль­ного сигнала, поэтому градуи­ровка справедлива только при измерении сигналов синусоидальной формы, за исключением вольтметра со среднеквадратичным преоб­разователем.

Электронные вольтметры часто градуируют и в относительных значениях (неперах и децибелах) с использованием соотношения , где - нулевой уровень по напряжению, равный 0,775 В на градуировочном сопротивлении в 600 Ом; U - значение измеряемого напряжения.

По сравнению с электромеханическими вольтметрами аналого­вые электронные вольтметры имеют следующие достоинства: широ­кий частотный диапазон измеряемого напряжения от единиц герц до сотен мегагерц; слабую зависимость показаний от частоты изме­ряемого напряжения в рабочем диапазоне частот; высокую чувстви­тельность, практически постоянную в рабочем диапазоне частот, широкий динамический диапазон от десятых долей до сотен вольт (благодаря применению усилителей и делителей напряжений); ничтожно малую мощность потребления, так как имеют большое входное сопротивление , малую входную емкость , но в то же время развивают мощность, достаточную для приведения в действие выходного магнитоэлектрического изме­рителя.

К недостаткам аналоговых электронных вольтметров относят их сравнительно большую основную погрешность (1-4 %), обуслов­ленную влиянием смены ламп, полупроводников элементов, инте­гральных микросхем на градуировку вольтметров, частотную по­грешность и необходимость вспомогательных источников пита­ния.