35. Классификация электронных измерителей напряжений и уровня
По своему назначению и принципу действия наиболее распространенные вольтметры могут быть подразделены на вольтметры постоянного тока, переменного тока, универсальные, импульсные и селективные.
Вольтметры постоянного тока. Упрощенная структурная схема таких вольтметров показана на рисунке 4.1, где ВД – входной делитель напряжения; УПТ – усилитель постоянного тока; ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм.
Рисунок 4.1
Вольтметры переменного тока. Такие вольтметры состоят из преобразователя переменного напряжения в постоянное, усилителя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Возможны две обобщенные структурные схемы вольтметров переменного тока (рисунок 4.2), различающиеся своими характеристиками.
Рисунок 4.2
Универсальные вольтметры. Такие вольтметры предназначены для измерения напряжений постоянного и переменного токов. Обобщенная структурная схема показана на рисунке 4.3, где В – переключатель.
Рисунок 4.3
В зависимости от положения переключателя В вольтметр работает по схеме вольтметра переменного тока с преобразователем П (положение 1) или вольтметра постоянного тока (положение 2).
Селективные вольтметры. Такие вольтметры предназначены для измерения действующего значения напряжения в некоторой полосе частот или действующего значения отдельных гармонических составляющих измеряемого сигнала. рисунке 4.4
Рисунок 4.4
Измеряемый сигнал ux через избирательный входной усилитель ВУ подается на смеситель См, предназначенный для преобразования частотного спектра измеряемого сигнала. На выходе смесителя появляется сигнал, пропорциональный измеряемому сигналу, но с частотами спектра
,
где fxi – частота гармонических составляющий входного сигнала;
fГ – частота сигнала синусоидального генератора Г, называемого также гетеродином.
Усилитель промежуточной частоты УПЧ настроен на некоторую фиксированную среднюю частоту fУПЧ. Поэтому на вход УПЧ пройдет только та составляющая входного сигнала смесителя, частота которой fСмi = fУПЧ. Этот сигнал соответствует гармонической составляющей измеряемого сигнала с частотой fxi = fГ – fУПЧ. Действующее значение этой гармонической составляющей измеряется вольтметром действующего значения ВДЗ.
36 Измерение напряжений и уровней сигналов избирательными измерителями напряжений и уровней
Приборы избирательного действия предназначаются для измерения синусоидальных напряжений в условиях воздействия помех. Помехи в этих приборах подавляются путем селекции входного сигнала по частоте. Избирательные приборы находят широкое применение при измерении сигналов малых уровней, когда уровень полезного сигнала соизмерим с уровнем помехи или ниже его.
Приборы избирательного действия используются в технике связи для измерения сигналов контрольных частот в трактах передачи, определения амплитудно-частотных характеристик и диаграммы уровней в трактах передачи без нарушения их действия, измерения переходного затухания между цепями линий связи, а также для измерения гармонических составляющих сигналов.
В зависимости от условий работы и технических требований к этим приборам в них применяется однократное, двукратное, а иногда и трехкратное преобразование частоты. На рисунке 4.5 представлена структурная схема избирательного измерителя уровня
Рисунок 4.5
Входное устройство обеспечивает требуемое входное сопротивление и напряжение входного сигнала. Для устранения влияния напряжений с зеркальными частотами на входе обычно ставится фильтр нижних частот, граничная частота которого несколько выше максимальной рабочей. Частотная селекция входного сигнала осуществляется с помощью преобразователя частоты, гетеродина переменной частоты и фильтра промежуточной частоты. Фильтр промежуточной частоты – узкополосный, для обеспечения необходимой избирательности. Усилитель промежуточной частоты представляет собой многокаскадный резонансный усилитель напряжения, охваченный отрицательной обратной связью по току и напряжению для обеспечения необходимой стабильности коэффициента усиления.
Каскад вторичного преобразования частот состоит из гетеродина постоянной частоты, преобразователя частоты и кварцевого или электромеханического фильтра, определяющего полосу пропускания и избирательные свойства прибора. После фильтра сигнал дополнительно усиливается высокостабильным усилителем.Калибратор уровня используется для исключения систематических погрешностей, обусловленных нестабильностью напряжений гетеродинов, изменением коэффициентов усиления усилителей, температурными колебаниями параметров схемы и т.д.
В трактах многоканальной связи при наличии контрольных частот измерения возможны только избирательными приборами.