3.Устроиство и работа вольтметра и его составных частей

3.1. Принцип действия

Принцип действия вольтметра универсального цифрового В7-27 состоит в преобразовании измеряемой физической величины (переменного напряжения, постоянного тока, сопротивления, температуры) в постоянное напряжение с последующим его измерением аналого-цифровым преобразователем (АЦП) интегрирующего типа.

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное.

Измеряемое переменное напряжение с входного разъема ), ~300 V макс. поступает через входной делитель на преобразователь напряжения. Преобразователь напряжения представляет собой активный преобразователь средневыпрямленных значений переменного напряжения, проградуированный по среднеквадратическом значению синусоидального напряжения. Преобразователь переменного напряжения состоит из преобразователя импеданса ПИ, аттенюатора Аттен., широкополосного усилителя преобразователя Усил., двухполупериодного детектора Дет., и двух фильтров нижни частот ФНЧ. Выходное постоянное напряжение с выхода преобразователя через усилитель постоянного тока УПТ поступает на вход АЦП.

При правильном выборе предела измерения измеряемое переменное напряжение, уровень которого может быть от 300 мкВ до 300 В, на выходе преобразователя напряжения приводится к значению постоянного напряжения, не превышающему.1В. Выбор пределов измерения осуществляется переключателем рода работ и пределов измерения. Коэффициенты передачи входного делителя аттенюатора Аттен. и усилителя преобразователя Усил. в зависимости от предела измерения приведены в табл. 4.

Таблица 4

	Коэффициент передачи НИС11Т пород Ачи
Предел измерения	Входного делителя, дБ	аттенюато­ра Аттен., дБ	Усилителя Усил., дБ
1 мВ 10 мВ 100 мВ 1 В 10В 100В 1000В	0 0 0 0 –60 –60 –60	0 0 –20 –40 0 –20 –40	+60 +40 +40 +40 +40 +40 +40

Усилитель постоянного тока УПТ служит для согласования выходного сопротивления преобразователя напряжения с высоким входным сопротивлением АЦП.

Для измерения переменных напряжений в диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц используются преобразо­ватели единого схемного и конструктивного исполнений, отличаю­щиеся настройкой частотной характеристики преобразователя.

2. Преобразователь постоянного тока в постоянное напря­жение.

Входной ток, проходя через шунт R, подключенный к входным клеммам 1 и 0, создаст на нем падение напряжения, которое усили­вается усилителем постоянного тока УПТ и поступает на АЦП.

В зависимости от установленного предела к входным клеммам 1 и 0 подключается такой шунт, чтобы падение напряжения на нем не превышало 100 мВ.

Усилитель постоянного тока УПТ при измерении постоянного тока на всех пределах измерения имеет коэффициент усиления, рав­ный 10. В качестве шунта R используется высокоточный микропроволочный делитель.

3.1.3. Преобразователь сопротивления .в постоянное напря­жение

Предназначен для измерения сопротивлений на пределах 1, 10 Ом.

Импульсный генератор тока (Ген. тока), синхронизированный частотой питающей сети, работает на измеряемое сопротивление Rx. Падение напряжения на измеряемом .сопротивлении Rx усиливает­ся усилителем переменного тока (А1, А2) и преобразуется в посто­янное напряжение синхронным детектором Дет. и фильтром С. Постоянное выходное напряжение преобразователя, пропорцио­нальное значению измеряемого сопротивления, через усилитель постоянного тока УПТ поступает на вход АЦП. Коэффициент пере­дачи усилителя УПТ при измерении сопротивлений равен 1. Значе­нию сопротивления, равному номинальному значению предела изме­рения, соответствует постоянное напряжение, равное 1 В.

Для устранения дополнительной погрешности измерения от со­противления измерительных проводов применена четырехпроводная схема подключения измеряемого сопротивления Rx ко входу вольтметра T, R, (, 10).

Для измерения сопротивлений на пределах измерения 100 Ом; 1, 10, 100 кОм; 1, 10 МОм используется другой преобразователь.

Измеряемое сопротивление Rx включается в цепь параллель­ной отрицательной обратный связи усилителя УПТ, а на вход усилителя УПТ через образцовый резистор R, переключаемый в зави­симости от предела измерения, подается образцовое напряжение Е от источника опорного напряжения ИОН.

Выходное напряжение усилителя УПТ определяется выражением:

(7)

где Е – значение образцового напряжения, равное 1 В;

R – значение сопротивления образцового резистора;

R_x – значение измеряемого сопротивления.

На выходе усилителя УПТ согласно выражению (7) возникает постоянное напряжение, значение которого зависит от значения измеряемого сопротивления R_x. Значению сопротивления, равному пределу измерения, соответствует достоянное напряжение, равное 1 В.

В качестве образцовых резисторов используется высокоточный микропроволочный делитель.

4. Преобразователь температуры в постоянное напряжение

Термодатчиком является бескорпусной транзистор Т типа КТ384А, установленный в наконечник датчика температуры.

Параметром, несущим информацию о температуре датчика, является изменение значения напряжения на переходе эмиттер-база при изменений тока эмиттера между двумя фиксированными уровнями, отличными от нулевого.

Если через транзистор пропускать эмиттерный ток, изменяю­щийся с некоторой частотой между двумя уровнями I₁ и I₂ (I₁ >I₂), то измерение напряжения U на переходе эмиттер-база будет пря­мо пропорционально температуре перехода Т_х (в градусах Кельвина).

(8)

где К – постоянная Больцмана,

q – элементарный заряд,

K₁ – коэффициент преобразования, не зависящий от темпера­туры.

Преобразователь состоит из термодатчика Т, импульсного гене­ратора тока (Ген. тока), усилителя переменного напряжения (А1, А2), синхронного детектора Дет., усилителя постоянного тока A3.

Через транзистор-датчик Т задаются два значения тока генера­тором тока. Согласно выражению (8) – напряжение на переходе Эмиттер-база U является функцией температуры Т_х. Напряже­ние U усиливается усилителем переменного напряжения (А1, À2) и синхронным детектором Дет. преобразовывается в постоянное напряжение, пропорциональное температуре в градусах Кельвина. Для измерения температуры в градусах Цельсия в преобразова­тель введен источник напряжения смещения (резисторы Rl, R2, R3) и усилитель постоянного тока А3.

3.1.5. Измерение постоянного напряжения

Измеряемое постоянное напряжение с входных гнезд U₌₌, R и 0 поступает на входной делитель, а затем на усилитель постоянного тока УПТ.

Каждому пределу измерения соответствует определенный коэф­фициент передачи входного делителя R, в качестве которого приме­нен высокоточный микропроволочный делитель. При правильном выборе предела измерения измеряемое напряжение, значение кото­рого может быть от 100 мкВ до 1000 В, на выходе усилителя УПТ приводится к значениям напряжения от 1 мВ до 1 В. Нормирован­ное выходное напряжение усилителя УПТ измеряется аналого-цифровым преобразователем интегрирующего типа.

АЦП состоит из двух частей: аналоговой и цифровой. Аналоговая часть предназначена:

• для преобразования измеряемого постоянного напряжения в пропорциональный ему временной интервал;

• для определения полярности измеряемого напряжения;

• для передачи в цифровую часть АЦП информации о значении и полярности измеряемого напряжения.

Цифровая часть предназначена:

• для управления работой аналоговой части;

• для получения визуального отсчета измеряемого напряжения.

Усилитель постоянного тока УПТ и аналоговая часть АЦП гальванически изолированы от корпуса и имеют изолированный источник питания. В результате этого при измерении постоянного напряжения вольтметр имеет изолированный от корпуса вход. Связь между аналоговой и цифровой частями осуществляется через импульсные трансформаторы Т1 и Т2.