Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



пары термопреобразователей, чтобы и, = «2 и коэффициент усиления УПТ был бесконечно большим. Если используются термопреобразователи с высокой квадратичностью, то и, = «2 = 2 и тогда

«2

Если «вых« kaul, то получившееся вьфажение можно упростить:

«Bbix = (l/P)«x(ai/a2r(l+8),

где 8 = -KBbix/2aiAJ - погрешность линейного преобразователя. Если 8 « 1, то шкала прибора будет линейной.

Основные характеристики измерительного преобразователя СКЗ определяются в первую очередь чувствительностью термоэлектрических преобразователей, неидентичностью их функций преобразования в широком диапазоне изменения входных сигналов, дрейфом усилителя постоянного тока, а также погрешностью входных устройств. Статистическая погрешность преобразователя, определяемая в основном неидентичностью и нестабильностью характеристик ГЯ, и ТП2 и дрейфом напряжения смещения УПТ, находится в пределах 0,2 - 1 % в диапазоне частот 20 -200 кГц. Кроме того, погрешность преобразования зависит от уровня входного сигнала преобразователя. Это связано с уменьшением чувствительности ТЯ, и ТП2 при малых значениях входного сигнала.

Для уменьшения погрешности линейного преобразователя от уровня входного сигнала в преобразователь вводят дополнительную цепь обратной связи, компенсирующую изменение чувствительности и стабилизирующую его быстродействие в широком диапазоне изменения входного сигнала.

Вольтметры, построенные на основе линейного преобразователя СКЗ, удобны в эксплуатации, так как имеют линейную шкалу и, следовательно, могут работать совместно с цифровыми вольтметрами постоянного тока.

На этом принципе основаны милливольтметры типов ВЗ-40, ВЗ-48, ВЗ-50 и др. Функциональная схема широкополосного милливольтметра типа ВЗ-48 приведена на рис. 2.65. Измеряемый сигнал до 300 мВ подается непосредственно на вход преобразователя импеданса ПИ, а сигнал свыше 300 мВ - через делитель Д с коэффициентом деления 1:1000. С выхода ПИ сигнал поступает на аттенюатор А с затуханием 0 - 50 дБ, затем через эмиттерный повторитель ЭП, на широкополосный усилитель с аддитивной коррекцией ШУ, и далее на широкополосный усилитель ШУ2. С выхода ШУ2 сигнал поступает на линейный преобразователь ЛП и составной эмиттерный повторитель ЭЛ2. Постоянное напряжение на выходе ЛП измеряется измерительным прибором ИП магнитоэлектрической системы.

Основными узлами прибора, определяющими его характеристики, являются широкополосный усилитель и линейный преобразователь.

Широкополосный усилитель с аддитивной коррекцией (рис. 2.66) состоит из двух идентичных по структуре каналов. Сигнал с выхода аттенюатора (уровень сигнала около 0,5 мВ) через эмиттерный повторитель Г, поступает на вход первого основного канала и через эмиттерный повторитель - на вход второго (вспомогательного) канала. В основном канале происходит усиление сигнала примерно в 100 раз. С выходного эмиттера основного канала сигнал уровнем около 15 мВ поступает на делитель R,

Основной.

эп-,

ШУ1 -J

Выход 200 иЪ Щ I--<

[ ЛП \

Ц А Hi ЩТН I

Выход 1Ь

Дополнительный

Рис. 2.65. Функциональная схема вольтметра с преобразователем на основе метода взаимообратных преобразований




Рис. 2.66. Принципиальная электрическая схема широкополосного усилителя, применяемого

в милливольтметре типа ВЗ-48

R". Коэффициент деления делителя 1:31. Таким образом, после делителя сигнал приводится к уровню входного сигнала (около 0,5 мВ) и подается на фазоинверсный вход второго канала (эмиттер V.

Во втором канале происходит усиление выделенного сигнала ошибки также примерно в 100 раз. На выходах обоих каналов сигнал, усиленный первым каналом, суммируется с сигналом ошибки, выделенным вторым каналом. Суммирование происходит на сопротивлении i?c- Уровень сигнала на выходе двухканального усилителя около 50 мВ.

Выходной широкополосный усилитель выполнен на высокочастотных транзисторах типа 2Т316. На выходе усилителя имеется двухтактный каскад, эмиттерной нагрузкой которого являются нагреватели сигнальных термопреобразователей ТП, и ТП.

Линейный преобразователь ЛП по уровню среднеквадратического значения напряжения построен на основе метода взаимообразных преобразований, заключающегося в последовательном (встречном) включении нелинейных элементов со взаимообратными характеристиками. Этот метод в схеме ЛП реализован следующим образом: нагреватели двух последовательно включенных термопреобразователей ГЯз и ТП включены в цепь ООС усилителя постоянного тока УПТ. Термопары всех термопреобразователей включены последовательно на вход УПТ таким образом, что сигнал термопар термо-

преобразователей ГПз и ТП вычитается из сигнала термопар термопреобразователей ГЯ, и ГЛг, и на вход УПТ подается разность этих напряжений.

Усилитель постоянного тока построен по схеме модуляция - демодуляция. Управление работой модулятора и демодулятора осуществляется сигналом прямоугольной формы типа меандра. Управляющий сигнал формируется мультивибратором, собранным на микросхеме 2ГФ181. Частота модуляции ЗкГц.

Модулятор УПТ представляет собой два включенных параллельных полупроводниковых ключа.

Таким образом, постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратическому значению измеряемого переменного напряжения и поступающее со входа УПТ, модулируется по амплитуде и преобразуется в прямоугольные импульсы с частотой управляющего сигнала. Полученный импульсный сигнал подается далее на инвертирующий вход усилителя переменного напряжения, построенного на микросхеме 1УТ401Б, на не-инвертирующий вход которого поступает напряжение с нижнего ключа модулятора. С помощью этого напряжения компенсируются остаточные токи и напряжения основного, верхнего ключа модулятора.

Усиленное переменное напряжение подается на демодулятор, который, так же как и модулятор, представляет собой два вклю-



X-г-°

Рис. 2.67. Структурная схема преобразователя СКЗ на основе транзисторных термопреобразователей

ченных параллельна полупроводниковых ключа, где оно преобразуется в постоянное напряжение.

Милливольтметр ВЗ-48 обеспечивает измерение среднеквадратического значения напряжения произвольной формы с коэффициентом амплитуды fea = 4и/и, где и - напряжение, равное конечному значению шкалы на установленном поддиапазоне, и - действительное значение измеряемого напряжения. Диапазон измеряемых прибором напряжений 0,3 мВ - 300 В и частота сигнала от 10 Гц до 50 МГц. Основная погрешность прибора 2,5 - 10% в зависимости от предела измерения и частоты.

Особый интерес представляют вольтметры, преобразователь которых реализован по структурной схеме, приведенной на рис. 2.67, на основе транзисторных термопреобразователей [255]. Схема содержит два термочувствительных транзисторных элемента Г, и Vj, каждый из которых находится на подложке с нагревателями i?„i и соответственно, усилители постоянного тока ОУ, и ОУг, конденсаторы С,, Cj частотной коррекции, резисторы К, для привязки баз транзисторов F,, Fj к земле; резистор Rq.c совместно с конденсатором и усилителем ОУ2 обеспечивают подавление переменной составляющей на выходе преобразователя в диапазоне низких частот, диод F3 обеспечивает однополярный выход сигнала преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом. Мощность, рассеиваемая на сопротивлении нагревателя R„i, при подаче сигнала нагревает входной транзистор F,, вызывая изменение напряжения база-эмиттер. Это приводит к появлению разностного на-

пряжения, которое усиливается транзисторами Fj, Fj и операционным усилителем ОУ,. Усиленное напряжение поступает на R„2 и нагревает выходной транзистор Fj, стремясь привести схему в равновесие. При рав-

новесии схемы =

ul{t)dt. Для

исключения асимметрии в переходной характеристике преобразователя в области малых выходных сигналов усилитель ОУ2 имеет квадратичную функцию преобразования Частотный диапазон таких преобразователей от единиц герц до 100 МГц, при этом погрешность преобразования сигналов частотой до 10 МГц не превышает 1%, а до 100 МГц - нескольких единиц процентов.

Совершенствование технологии аналоговой микросхемотехники привело к созданию целого ряда интегральных микросхем и микромодульных схем аналоговой вычислительной техники, используемых при построении преобразователей СКЗ.

Среди методов аналогового вычисления наиболее перспективным является метод неявного вычисления, допускающий большой динамический диапазон изменения входного сигнала. Схема преобразователя СКЗ приведена на рис. 2.68.

Сущность метода заключается в следующем. Мгновенное значение измеряемого напряжения Ux{t) с помощью множительно-делительного устройства МДУ возводится в квадрат и делится на постоянное выходное напряжение преобразователя «вьк- Мгновенное значение напряжения на выходе МДУ «1 =ul{t}/uBbix- Напряжение на выходе фильтра нижних частот, собранного на усилителе ОУ и элементах Ко6р> о.с. С, пропорционально постоянной составляющей напряжения, поступающего на его вход, или

"вых -

udt.


Рис. 2.68. Функциональная схема преобразователя СКЗ, основанного на методе неявного вычисления



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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.01