9. Электронный вольтметр среднеквадратичного значения на основе термопреобразователей, охваченных обратной связью: принцип действия, функциональные схемы, анализ погрешностей.

АЭВ – это измерительные приборы, представляющие собой сочетание электронного преобразователя и магнитоэлектрического измерителя

Схема АЭВ переменного тока.

Входное устройство – высокоомный резистивный делитель напряжения.

Усилитель постоянного тока (УПТ) – электронный преобразователь. Служит для повышения чувствительности вольтметра, усиливает мощность сигнала до уровня, необходимого для привидения в действие магнитоэлектрического измерителя.

mА – электро-механический преобразователь.

Преобразователь может быть амплитудного, средневыпрямленного и среднеквадратического значений. Вход преобразователя относительно постоянной составляющей может быть открытым или закрытым. АЭВ может быть низко, средне, высокочастотный и сверхвысокочастотный.

Преобразователь среднеквадратического значения с термопреобразователями.

Преобразователи строятся на термоэлектрических элементах .

н – нагреватель;

т – термопара;

УНПТ – усилитель напряжения переменного тока;

УПТ – усилитель постоянного тока;

ТП₁, ТП₂ – бесконтактные преобразователи, включенные встречно.

Электрическая энергия преобразуется в тепловую и используется квадратичная зависимость термо-ЭДС от тока нагревателя (т.е. от входного напряжения).

ТП₁ включен между выходом УНПТ и входом УПТ. Мощность, подводимая к нагревателю ТП₁, равна . Далее ЭДС, развиваемая термопарой ТП₁, пропорциональна мощности : . После подачи , ЭДС – Е_Т1, на входе УПТ появляется напряжение, создающее ток в нагревателе ТП₂. , где – выходной ток УПТ, протекающий по нагревателю ТП₂.

Нарастание этого тока продолжается до некоторого значения, соответствующего значению .

Параметры схемы выбирают такими, что определяем из условия , подставляя и , получают линейную зависимость тока на выходе УТП от : .

Шкала микроамперметра – равномерная.

10. Цифровой вольтметр двойного интегрирования: принцип действия, структурная схема, основные соотношения, анализ погрешностей.

Метод времяимпульсного преобразования в сочетании с двухтактным интегрированием позволяет ослабить влияние помех, измерять напряжение обоих полярностей, получить большое входное сопротивление (до 1 ГОм) и малые погрешности измерения.

ИОН – источник опорного напряжения.

ГСИ – генератор счетных импульсов.

УУ – устройство управления.

УЦО – устройство цифрового отсчета.

На вход интегратора подается или , неизвестное напряжение измеряется в 2 такта: на первом такте (называемом интегрированием вверх) интегральное значение напряжения запоминается на выходе интегратора, на втором такте (интегрировании вниз) преобразуется во временной интервал , в течение которого на счетчик от ГСИ поступают импульсы образцовой частоты . Число импульсов эквивалентно , т.е. , k=const.

В исходном состоянии все ключи разомкнуты. В начале первого такта устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности с крутыми фронтами. В момент появления фронта импульса ключи и замыкаются, следовательно, на вход интегратора поступает измеряемое напряжение . Импульсы с частотой следования начинают поступать с генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону, пропорциональному :

.

Где – постоянная интегрирования на первом такте.

Когда на счетчик поступит импульсов, то счетчик будет заполнен, и импульс N с индексом в момент времени сбросит счетчик в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ , в результате на вход интегратора подается напряжение , его полярность обратна полярности . В момент заканчивается интегрирование вверх и начинается интегрирование вниз. Напряжение на выходе интегратора начинает убывать по линейному закону:

.

где – постоянная интегрирования на втором такте.

Импульсы от ГСИ продолжают поступать на счетчик. Устройство сравнения срабатывает в момент времени , когда напряжение на выходе интегратора равно 0, так как второй его вход соединен с "землей". При этом размыкается ключ . Для момента времени справедливо соотношение:

,

где – длительность второго такта интегрирования.

За время на счетчик поступило N импульсов, код числа N через дешифратор подается в устройство цифрового отсчета.

где – постоянные интегрирования.

Интервал времени пропорционален напряжению и не зависит от . Таким образом, для этого метода не требуется цепи с высокостабильными элементами. Число импульсов равно:

.

и могут поддерживаться постоянными с высокой точностью, следовательно, погрешность преобразования напряжения во временной интервал незначительна. После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям.