Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



Вторая схема позволяет строить чувствительные вольтметры, нижний предел измерения которых составляет всего лишь единицы микровольт. Однако эти приборы имеют меньший частотный диапазон, поскольку частотный диапазон усилителя переменного тока трудно сделать достаточно большим.

Детекторы, применяемые в электронных вольтметрах, служат для вьшрямления переменного тока. Они могут быть выполнены по различным схемам и подразделяются на детекторы средневыпрямленного, амплтудного и среднеквадратического значений. Это деление показывает, какому из значений (средневьшрямленному, амплитудному или феднеквадратическому) измеряемого напряжения соответствует напряжение на выходе детектора.

Детекторы средневыпрямленного значения представляют собой выпрямители на полупроводниковых диодах - такие же, как в приборах выпрямительной системы.

Амплитудные детекторы обычно содержат диод и конденсатор, который заряжается до амплитудного значения измеряемого напряжения. Для нормальной работы амплитудного детектора необходимо, чтобы сопротивление его нагрузки было велико (50-100 МОм). Поэтому амплитудный детектор используют в первой из схем, представленных на рис. 2.29, где его нагрузкой является усилитель постоянного тока, обладаюший высоким входным сопротивлением.

Детекторы среднеквадратического значения используют квадратичный участок вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода или диодной цепочки, в результате чего среднее значение напряжения на выходе детектора оказывается пропорциональным квадрату среднеквадратического значения измеряемого напряжения. В других схемах детекторов среднеквадратического значения напряжения применяются термопреобразователи.

По отношению к постоянной составляюшей напряжения различают детекторы с открытым и закрытым входом. В первом случае постоянная составляюшая наряду с переменной вносит свой вклад в результат измерения, во втором - постоянная составляюшая исключается из-за наличия разделительного конденсатора на входе детектора.

В зависимости от применяемой схемы вьшрямления вольтметры подразделяются на вольтметры средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратического значений.

Как видно из структурных схем, приведенных на рис. 2.29, в состав каждого электронного вольтметра входит усилитель постоянного или переменного тока. Одна из возможных схем усилителя постоянного тока (в упрошенном виде) представлена на рис. 2.30. Измеряемое напряжение Ux подается на сетку триода VLl через резистор , который вместе с конденсатором Сф образует фильтр, уменьшающий пульсации на сетке лампы. При короткозамкнутом входе, т.е. в отсутствие напряжения U, потенциалы сеток обеих ламп VLl и VL2 равны и уста-




Рис. 2.30

новка на нуль измерительного механизма вольтметра Р V может быть выполнена при помощи переменного резистора R4. Появление напряжения Ux приведет к изменению внутреннего сопротивления лампы VL1, вследствие чего нарушится баланс схемы, потенциалы анодов не будут равны и через цепь измерительного механизма потечет ток. Направление и значение этого тока зависят от знака и значения измеряемого напряжения Ux- Таким образом, шкала измерительного механизма может быть проградуирована в вольтах постоянного тока.

Усилители переменного напряжения, которые используются в электронных вольтметрах, должны иметь высокий и стабильный коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот, малые нелинейные искажения, быть нечувствительными к изменениям температуры и напряжения питания. Таким требованиям отвечают широкополосные многокаскадные усилители, стабилизированные обратной связью.

Электронные вольтметры обладают рядом ценных качеств. Они имеют большое входное сопротивление, поэтому потребляют малую мощность от цепи, в которой производятся измерения. Диапазон их рабочих частот может простираться от нуля до сотен мегагерц. Значения измеряемых напряжений лежат в области от нескольких микровольт до киловольт.

К недостаткам электронных вольтметров относятся необходимость источника питания, невысокая точность, обусловленная недостаточной стабильностью электронных элементов (резисторов, ламп, полупроводниковых диодов и триодов и т.д.). На электронные вольтметры установлены классы точности от 0,1 до 25. Обычные классы 2,5; 4,0, а на повышенных частотах 6,10, 15.

Вольтметры средневыпрямленного значения и амплитудные вольтметры имеют также погрешности, зависящие от формы кривой тока. По принципу действия они реагируют на средневыпрямленное и амплитудное значения, но для удобства работы обычно градуируются в сред-неквадратических (действующих) значениях напряжения. Такая градуи-



ровка может быть произведена только для определенной формы кривой тока. Обычно эта форма предполагается синусоидальной. Поэтому вольтметры средневыпрямленного и амплитудного значений дают правильные показания только при синусоидальной кривой измеряемого напряжения. Если кривая отличается от синусоиды, погрешности могут возрастать до десятков процентов.

Электронные вольтметры часто входят в состав и являются основой многопредельных комбинированных приборов, позволяющих наряду с напряжением измерять другие электрические величины, например сопротивление. Такие приборы широко используются в лабораторной практике, особенно для радиотехнических измерений.

Описанные выше электромеханические и электронные приборы являются показывающими, выполняемыми по схеме прямого действия и использующими "метод непосредственной оценки (см. § 1.2 и 1.4). Они удобны в работе и имеют малое время измерения, однако обладают сравнительно большими погрешностями.

Для выполнения измерений повышенной точности применяют более сложные приборы. Они выполняются по схемам уравновешивания и используют метод сравнения. К таким приборам относятся компенсаторы (потенциометры) и измерительные мосты.

2.8. КОМПЕНСАТОРЫ

Компенсаторами (или потенциометрами) называются приборы для измерения методом сравнения ЭДС, напряжений или величин, функционально с ними связанных. Существуют компенсаторы как постоянного, так и переменного тока.

Компенсаторы постоянного тока обычно выполняются по принципиальной схеме, приведенной на рис. 2.31. Источник постоянного тока GB1 обеспечивает протекание рабочего тока / в цепи, составленной из последовательно соединенных резисторов: измерительного R, установочного Ry и регулировочного jRp. Зажимы НЭ (на схеме не показаны) служат для подключения нормального элемента GB2, а зажимы Ux - для подключения измеряемого напряжения. При помощи переключателя S гальванометр PG можно включать либо в цепь нормального элемента (положение НЭ), либо в цепь измеряемого напряжения (положение X).

В соответствии с идеей метода измеряемое напряжение необходимо сравнить с падением напряжения, создаваемым рабочим током / на части R измерительного резистора R. На практике в качестве jR используют магазин резисторов, обеспечивающий высокую точность задания требуемого значения/?.

Процесс измерения напряжения состоит из двух операций: установления рабочего тока / и уравновешивания измеряемого напряжения Ux напряжением, создаваемым рабочим током на R. Для установления 64



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [19] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.014