Генератор управляет работой модулятора и демодулятора, представляющих собой в простейшем случае аналоговые ключи, синхронно замыкая и размыкая их с некоторой частотой задающего генератора. На выходе модулятора возникает однополярный импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому напряжению. Переменная составляющая этого сигнала усиливается усилителем У_, а затем выпрямляется демодулятором. Применение управляемого демодулятора (а не обычного выпрямителя) делает вольтметр чувствительным к полярности входного сигнала. Необходимость выпрямления обусловлена тем, что магнитоэлектрический измерительный механизм чувствителен только к постоянной составляющей (среднему значению) сигнала. При заданных и постоянных параметрах импульсов среднее значение напряжения выходного сигнала пропорционально

входному напряжению

Такие вольтметры состоят из преобразователя переменного напряжения в постоянное, усилителя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Возможны две обобщенные структурные схемы вольтметров переменного тока (рис. 5.3), различающиеся своими характеристиками. В вольтметрах по схеме рис. 5.3, а измеряемое напряжение их сначала преобразуется в постоянное напряжение, которое затем подается на УПТ и ИМ, являющиеся вольтметром постоянного тока. Преобразователь П представляет собой малоинерционное нелинейное звено, поэтому вольтметры с такой структурой могут работать в широком частотном диапазоне (от десятков герц до 103 МГц). Для уменьшения влияния распределенных емкостей и индуктивностей входного кабеля и входной цепи прибора преобразователи обычно выполняют в виде выносных узлов-пробников. В то же время указанные недостатки УПТ и особенности работы нелинейных элементов при малых напряжениях не позволяют делать такие вольтметры высокочувствительными. Обычно их верхний предел измерений при максимальной чувствительности составляет от десятков до единицы милливольт. В вольтметрах, выполненных по схеме 5.3, б, благодаря предварительному усилению удается повысить чувствительность. Однако создание усилителей переменного тока с большим коэффициентом усиления, работающих в широком диапазоне частот, — достаточно трудная техническая задача.

18.Цифровые си. Времяимпульсный цифровой вольтметр. Структура, принцип действия. Временные диаграммы.

Основой построения ЦПУ частотно-временных параметров является преобразование интервала времени в единичный последовательный непозиционный код путем подсчета числа импульсов за интервал времени. Данное преобразование широко применяется для построения ЦИУ различных величин ввиду простоты и высокой точности. При этом измеряемая величина предварительно преобразуется в интервал времени, а затем интервал времени — в код. Указанные преобразования достаточно просто осуществляются для ряда величин, примерами которых являются период, фазовый сдвиг, постоянное напряжение. В этих ЦИУ используется метод последовательного счета.

Времяимпульсный цифровой вольтметр

- измеряемое напряжение;

СУ - сравнивающее устройство;

- компенсирующее (сравнивающее) напряжение;

ГЛИН - генератор линейно изменяющегося напряжения;

ГИСЧ - генератор импульсов стабильной частоты;

К - ключ; Т - триггер.

При нажатии кнопки "пуск" сбрасывается предыдущее значение в ПУ и запускается ГЛИН. Одновременно триггер "переворачивается" и выходным сигналом открывает ключ К, импульсы ГИСЧ начинают поступать на ПУ. При достижении напряжения СУ вырабатывает сигнал "стоп", триггер Т закрывает ключ.

За время на ПУ пройдёт следующее число импульсов

- коэффицент, характеризующий скорость изменения напряжения напряжения ГЛИН). Погрешности:

1) погрешность дискретности зависит от частоты чем больше тем меньше и от (чем больше, тем меньше ;

2) погрешность реализации дискретных уровней

определяется нестабильностью ГЛИН и ГИСЧ (нестабильный );

3) погрешность чувствительность (нестабильность момента (

Достоинство: очень простая конструкция. Недостаток: относительно низкое быстродействия

8. Магнитоэлектрические измерительные механизмы.

Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и катушки с током. Могут быть

- с подвижной катушкой;

-

Цилиндрич. форма сердечника и расточка полюсных наконечников, а также их концентрическое расположение обеспечивают равномерное радиальное поле в воздушном зазоре, в котором находится катушка. При этом и не зависит от .

Обмотка катушки - медный или алюминиевый провод, диаметр - 0.03-0.2 мм. Применяются каркасные (из алюминия) и бескаркасные катушки. При движении катушки в поле постоянного магнита в ней появляются вихревые токи. Для увеличения момента успокоения на катушку наматывают несколько короткозамкнутых витков, не участвующих в создании вращающего момента.

Если в катушке протекает ток, то возникает электродвижущий момент

электрокинетическая энергия в механизме.

, где

При этом не зависят от => не участвуют в создании вращающего момента.

.

угол откл-я катушки [рад].

Т. о.

Общие достоинства и недостатки магнитоэлектрических приборов:

+ наиболее точные (класс точности < 0.1);

+ имеют малое собственное потребление мозности;

+ малое влияние внешних магнитных и электрических полей;

- работа на постоянном токе.

9. Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры.

В амперметрах ИМ включается непосредственно в цепь или при помощи шунта.

Схема без шунта применяется для измерения токов для 30 мА. При больших токах происходит нагрев токопроводных пружин и изменение их свойств, поэтому применяется шунтирование - включение параллельно с ИМ малого шунтирующего сопротивления. Таким образом, через него потечёт большой ток , а через ИМ - малый. Шунт подбирается так, чтбы ток через катушку :

коэффициент шунтирования.

Шунты изготовавливаются из спец. материала - манганина. Этот материал является нетермозависимым.

Влияение температуры на погрешность:

Вольтметры:

Катушка включается послед-но с добавочным резистором

Через катушку не должен проходить ток .

При изменении напряжения ток, текущий через ИМ, ограничивается добавочным большим сопротивлением из манганина, включаемым с ИМ последовательно.

. Для поддержки нескольких пределов измерений в схему включаются несколько добавочных сопротивлений, переключение между которыми происходит с помощью скользящего контакта.

Омметры

Схема а) используется для измерения относительно малых больших сопротивлений, схема б) - для малых.

Т. к. (где магнитная индукция в воздушном зазоре, S - площадь катушки, N - число витков катушки, W - удельный противодействующий момент), то

а) ; б)

10. Электронные приборы. Вольтметры постоянного и переменного тока

Вольтметры постоянного тока

Угол отклонения

где kвд, kуцт — коэффициенты преобразования (деления и усиления) соответственно ВД и УПТ; Su~ чувствительность к напряжению измерительного механизма; ку — коэффициент преобразования электронного вольтметра; Ux — измеряемое напряжение. Последовательное соединение делителя напряжения и усилителя является характерной особенностью построения всех электронных вольтметров. Такая структура позволяет делать вольтметры многопредельными с широким диапазоном измерений за счет широкого изменения общего (kВд*kупт) коэффициента преобразования. В дальнейшем для упрощения структурных схем входной делитель на рисунках изображать не будем. Недостатком УПТ, используемого в вольтметрах постоянного тока, является нестабильность его работы, проявляющаяся в изменении коэффициента усиления

6.Классификаций погрешностей.

Погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного 35 (действительного) значения измеряемой величины, определяемая как разность между результатом измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Погрешность результата измерения — это абсолютная погрешность, которая выражается в единицах измеряемой физической величины: дельта икс = иск изм – икс действ

Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины, %:

Приведенная погрешность — относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона, %:

Систематическая погрешность измерения — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Систематическая погрешность может иметь постоянную составляющую — аддитивную составляющую систематической погрешности — и составляющую, изменяющуюся с изменением измеряемой 36 величины, — мультипликативную составляющую систематической погрешности Ахсист = а + Ьх.

Случайная погрешность измерения — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проводимых с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины AxCJI = е.

Методическая погрешность (погрешность метода измерений) — составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Инструментальная погрешность измерения — составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений. Она является суммарной от погрешностей реализации отдельных функциональных узлов и зависит от структуры устройства, характеристик электронных элементов схемы, таких как дрейф нуля усилителя, шумов в линиях передачи и контактных соединениях и других особенностей реализации.

7.Случайные погрешности, обработка, суммирование

Случайная погрешность – составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях, проводимых в одинаковых условиях.

8.Общие сведение об элмех приборах. Магнитоэлектрический измерительный механизм

Принцип действия: электрическая энергия преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора. Это приборы непосредственной оценки.

Измерительная цепь ИЦ служит для преобразования измеряемой величины в другую, непосредственно воздействующую на измеряющий механизм. Это преобразование может быть как количественным, так и качественным. Обычно ИЦ представляет собой делитель напряжения.

Статические моменты подразделяются на вращающие и противодействующие .

Общее уравнение для вращающего момента:

электрокинетическая энергия в механизме.

Вращающий момент - это момент возникающий в ИМ под действием измеряемой величины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастанию. Для того, чтобы угол отклонения зависел от измеряемой величины, в ИМ создаётся противодействующий момент, направленный навстречу вращающему и зависящий от :

При некотором угле наступает равенство

По способу создания противодействующего момента приборы делятся на:

- с механическим ; - с электрическим.

, где W - упругий противодействующий момент.

- спиральные пружины; - растяжки; -подвесы.

Электрические создаются так же, как и вращающие.

Приборы, у которых создаётся электрическим путём,

называются логометрическими