Аналоговые электронные вольтметры.

Аналоговые электронные вольтметры состоит из 2х основных узлов: нелинейного преобразователя измерительного прибора. При измерении напряжения в цепях переменного тока, при включении нелинейного преобразователя на его выходе, помимо основной гармоники тока, совпадающей по частоте с током в измеряемой цепи, появляются постоянная составляющая и высшие гармоники. По величине постоянной составляющей и высших гармоник можно судить об амплитуде и среднеквадратическом значении входного напряжения. В большинстве случаем дальнейшей обработке подвергается постоянная составляющая выходного напряжения. В качестве нелинейного элемента в вольтметрах используются детекторы различных типов.

Детекторы- это преобразователи переменного напряжения в постоянное. Если напряжение на выходе детектора пропорционально амплитуде входного напряжения, то такой детектор называют амплитудным или пиковым. Если постоянное напряжение на выходе детектору равно действующему значению входного, то это детектор сренеквадратического значения.

В зависимости от используемого типа детектора различают амплитудные виды вольтметров, вольтметры среднеквадратического и средневыпрямленного значений.

Структурная схема вольтметра:

Для постоянного тока:

Для переменного тока:

Детекторы во многом определяют свойства прибора. Рассмотрим детекторы амплитудного значения. Существует много схем амплитудных детекторов. Рассмотрим детектор с закрытым входом:

В течении положительного полупериода конденсатор C заряжаеся через малое открытого диода D.

В течении отрицательного полупериода диод D и конденсатор C разряжается через большое сопротивление .

Конденсатор заряжен до некоторого напряжение , которое в течение периода измеряемого напряжения остается практически неизменным и примерно равным (амплитуде).

Т огда активную схему амплитудного детектора можно представить в виде:

Эта схема справедлива для той части периода, где диод D закрыт. Таким образом в спектре , помимо основной составляющей , появляется постоянная составляющая: . Далее постоянная составляющая выделяется с помощью ФНЧ.

Детектор среднего квадратического значений.

Для определения среднего квадратического значений необходимо выполнить следующие операции:

1. Возвести в квадрат мгновенное значение напряжения

2. Определить его за периодили время измерения

3. Вычислить квадратный корень из полученной величины

О дним из простейших решений может быть полупроводниковый диод, работающий на начальном (квадратичном) участке его ВАХ. Однако у диода этот участок имеет малую протяженность, поэтому на практике такой участок ВАХ создают искусственно. Для этого используются специальные диодные ячейки.

закрыт, пока не превышает на .

Включая несколько диодных ячеек с разным напряжением отсечки, можно искусственно аппроксимировать квадратичный характер зависимости тока от напряжения.

Когда , открывается и параллельно включается с током .

Данная схема воспроизводит квадратичную ВАХ методом кусочно- линейной аппроксимации.

Операция усреднения ВАХ микроамперметре, который реагирует на постоянную составляющую, т.е. на среднее значение протекающего тока.

Детектор средневыпрямленного значения.

Цифровые вольтметры.

Структурная схема цифрового вольтметра:

Принцип действия: входное устройство содержит делитель напряжения, а в случае вольтметра, измеряющего переменное напряжение, еще и детектор (как правило средневыпрямленного значения). АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представленный в виде кода. Цифровое управляющее устройство по сигналам с выхода АЦП отображает измеряемую величину. Управляющее устройство синхронизирует работу всех узлов вольтметра.

В зависимости от типа АЦП различают вольтметры в кодоимпульсным или времяимпульсным преобразованием.

Одна из наиболее сфер применения цифровых вольтметров- это их использование в цифровых мультиметрах. В мультиметрах измерение различных физических величин (сила тока, сопротивление, частота и т.д.) сводится к измерению напряжения. Центральными узлами цифрового мультиметра являются АЦП и микроконтроллер. В состав прибора входит так же преобразователи различных физических величин в напряжение. Микроконтроллер в мультиметре является управляющим устройством, обеспечивающим выбор режима работы, т.е. выбор измеряемой величины, а так же задающим синхросигнал.