61) Изложите основные сведения о аналоговых электронных вольтметрах. Назовите основные узлы электронных вольтметров и укажите их назначение.
Аналоговые электронные вольтметры
При измерении напряжения методом непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно участку исследуемой цепи. Для уменьшения методической погрешности измерения собственное потребление вольтметра должно быть мало, а его входное сопротивление велико. Поэтому в последние годы в основном используются электронные вольтметры. Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и измерительного прибора. В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного и переменного токов имеют высокие входное сопротивление и чувствительность, широкие пределы измерения и частотный диапазон (от 20Гц до 1000 МГц),малое потребление тока из измерительной цепи.
Классифицируют электронные вольтметры по ряду признаков:
• по назначению – вольтметры постоянного, переменного и импульсного напряжений; универсальные, фазочувствительные, селективные;
• по способу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;
• по характеру измеряемого значения напряжения — амплитудные (пиковые), среднего квадратического значения средневыпрямленного значения;
• по частотному диапазону — низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные.
Рассмотрим схемные решения основных функциональных узлов, определяющих
метрологические характеристики аналоговых вольтметров. Большинство этих
узлов применяются и в других видах электронных измерительных приборов.
Входное устройство
ВУ предназначено для расширения пределов
измерения вольтметра. В простейшем случае оно представляет собой
аттенюатор, выполненный по резистивной, емкостной, или комбинированной схемам.
Усилители
Усилители обеспечивают получение мощности, достаточной для приведения в
действие ИМ магнитоэлектрического прибора, и согласование входного
сопротивления ИУ с выходным сопротивлением ВУ или детектора. К УПТ
предъявляются два основных требования: высокое постоянство коэффициента
усиления и пренебрежимо малые флюктуации выходной величины при отсутствии
Ux= (Дрейф нуля).
Детектор
Тип детектора определяет, как уже указывалось, принадлежность вольтметров
переменного тока к вольтметрам амплитудного, среднеквадратического или
средневыпрямленного напряжения. В соответствии с этим сами детекторы
классифицируются следующим образом: по параметру Ux~^ которому
соответствует ток или напряжение в выходной цепи детектора: пиковый
детектор, детекторы среднеквадратического и средневыпрямленного значений
напряжения; по схеме входа: детекторы с открытым и закрытым входом по
постоянному напряжению;
по характеристике детектирования: линейные и квадратичные детекторы.
62) Изложите основные сведения о аналоговых электронных вольтметрах. Раскройте свойства аналоговых эв и особенности их включения.
Аналоговые электронные вольтметры
При измерении напряжения методом непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно участку исследуемой цепи. Для уменьшения методической погрешности измерения собственное потребление вольтметра должно быть мало, а его входное сопротивление велико. Поэтому в последние годы в основном используются электронные вольтметры. Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и измерительного прибора. В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного и переменного токов имеют высокие входное сопротивление и чувствительность, широкие пределы измерения и частотный диапазон (от 20Гц до 1000 МГц),малое потребление тока из измерительной цепи.
Классифицируют электронные вольтметры по ряду признаков:
• по назначению – вольтметры постоянного, переменного и импульсного напряжений; универсальные, фазочувствительные, селективные;
• по способу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;
• по характеру измеряемого значения напряжения — амплитудные (пиковые), среднего квадратического значения средневыпрямленного значения;
• по частотному диапазону — низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные.
Свойства электронных вольтметров определяются схемой входа, полным входным сопротивлением, схемой и характеристикой преобразователя, зависимостью показаний прибора от формы и частоты измеряемого напряжения, диапазоном измерений и погрешностью. Измерительные преобразователи напряжения характеризуются: полным диапазоном измерений преобразуемой величины; частотным диапазоном; основной и дополнительными погрешностями. Погрешность обусловлена изменением неинформативных параметров, наличием методических погрешностей, нелинейностью функции преобразования, ограниченной точностью средств градуировки, воздействием дестабилизирующих факторов. Входное сопротивление вольтметра состоит из активной и реактивной составляющих. Активная составляющая входного сопротивления зависит от схемы входа, от вида преобразователя, от типа применяемого линейного элемента, от вида используемого диэлектрика во входном конденсаторе. Входная емкость электронного вольтметра обусловлена наличием емкости входных элементов токопроводящих проводников, а также межэлектродной емкостью входных нелинейных элементов. На высоких частотах учитывается также входная индуктивность. С ростом входное сопротивление уменьшается, поскольку уменьшается сопротивление электрических потерь во входной емкости. Для понижения частотной погрешности измерения собственная частота входной цепи вольтметров должна быть в 5–10 раз выше частоты измеряемого вольтметром напряжения.
Поскольку входное напряжение определяет мощность потребления вольтметра, оно должно быть в 50–100 раз выше сопротивления участка цепи, к которому вольтметр подключается параллельно. Для исключения погрешностей, вызываемых влиянием паразитных емкостей, клеммы вольтметра и объекта измерения, соединенные с корпусом должны быть соединены вместе и закреплены. По пределам измерения напряжений вольтметр выбирают так, чтобы нижний предел обеспечивал достаточно высокую чувствительность, а верхний позволял по возможности обходиться без всяких усилителей напряжения. Шкалы большинства вольтметров независимо от типов преобразователя градуируют в среднеквадратичных значениях синусоидального сигнала на частоте 50 Гц. Поэтому градуировка справедлива только для измерения сигналов в синусоидальной форме.
Р и с. 3.13. Обобщенная структурная схема аналогового вольтметра прямого преобразования.