Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



откуда


uUt)dt,

где Т - период входного сигнала.

Рассмотренные преобразователи имеют высокую точность преобразования (около 0,05%), широкий диапазон частот преобразуемого сигнала (0,01 Гц - 1 МГц). Подобные преобразователи применяются в вольтметрах 1030, 1041 фирмы Datron и др.

Одним из недостатков метода аналогового вычисления являегся низкое быстродействие преобразователей, определяемое в основном фильтром нижних частот (ФНЧ), посто!яиная времени которого выбирается из условия получения необходимого коэффициента подавления переменной составляющей выходного сигнала преобразователя. Для различных преобразователей и на разных частотах время преобразования может принимать значения от сотен миллисекунд до нескольких секунд.

2.7.3. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ

В технике точных измерений широкое распространение получили компенсационные методы измерения напряжения переменного тока в широком диапазоне частот. В компенсационных методах измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой или измеряемой средствами измерений с высокой точностью, с помощью прибора сравнения. В качестве элементов сравнения могут служить электротепловые, электромеханические и электрические компа-рирующие преобразователи.

На современном этапе развития измерительной техники лучшими являются приборы сравнения, основанные на применении в качестве компарирующего преобразователя вакуумных диодов - диодные компенсационные вольтметры.

Как известно, в области малых токов вольт-амперные характеристики диодов описываются экспоненциальньшг законом:

« = Ge-*"°,

где i - ток диода при напряжении Uf)=iR; G - ток диода при напряжении «о = 0; к - параметр диода, зависящий от температуры.

Если подать на диод переменное синусоидальное напряжение с амплитудой к„, и постоянное напряжение смещения щ, то

II С

a„coswt jj щ



Рис. 2.69. Принципиальная электрическая схема компенсационного вольтметра, основанного на методах среднего тока диода (я) и постоянного смещения на диоде (б)

мгновенное значение тока определится по формуле

(;g<*"" «" сог-(сч,)

Среднее значение этого тока в соответствии с [2.43]

gg-fa„gfa„ cos (j) -ku,j 1

где /„ (fc«m) - бесселева функция нулевого порядка от мнимого аргумента. Приведенные зависимости могут быть положены в основу метода измерения напряжения переменного тока.

В компенсационном вольтметре ВЗ-24 использованы два метода компенсации измеряемой величины:

метод постоянного среднего значения тока диода в диапазоне от 0,1 до 100 В;

метод постоянного смещения на диоде в диапазоне от 20 до 100 мВ.

Принципиальная схема измерения методом постоянного среднего значения тока диода приведена на рис. 2.69, о. При отсутствии измеряемого напряжения переменного тока на выходе диода (положение 1 переключателя П) через него протекает постоянный начальный ток

При нажатом ключе Кл можно подобрать напряжение смещения такое, что при «см = ii ток через микроамперметр будет равен нулю. В положении 2 переключателя П на вход диода поступает измеряемое напряжение переменного тока с амплитудой и„,



и компенсационное напряжение Ик, определяющие ток через диод со средним значе- нием, равным:

Изменением компенсационного напряжения можно добиться равенства г, = i, т. е. постоянства среднего значения тока, протекающего через диод до и после подачи на него измеряемого напряжения. Решение равенства г, = после подстановки в него выражений для токов относительно компенсационного напряжения дает следующую зависимость:

"k = to/o(bJ/fe.

Если значение параметра диода известно и постоянно, то компенсационное напряжение определяется только амплитудой измеряемого напряжения Значение параметра к диода определяется экспериментально и устанавливается регулировкой напряжения накала диода.

Принципиальная схема компенсационного вольтметра методом постоянного смещения на диоде приведена на рис. 2.69, б. В положении I переключателя П производится операция «установка нуля» и через диод протекает начальный ток г, = Ge~ создавая на сопротивлении нагрузки R, падение напряжения Кем = 41- При замкнутом ключе Кл изменением напряжения смещения «см вспомогательного регулируемого источника добиваются отсутствия тока в гальванометре, что соответствует равенству Исм = «см1. Затем переключатель П переводят в положение 2, которое соответствует операции «Измерение». При поступлении на вход диода измеряемого напряжения переменного тока ток через диод увеличивается. Регулированием включенной в цепь диода части потенциометра Rj при замкнутом ключе Кл вновь добиваются отсутствия тока в гальванометре, что соответствует такому же падению напряжения на резисторе Rj, что и при первой операпии («cm = «cmi):

«СМ2 = 22.

при этом среднее значение тока через диод определяется из выражения

i2 = Ge-4{kur,).

Решение равенства iR = iR дает зависимость

yi,=/o(feM = R,/R2.

Таким образом, измеряемое напряжение связано функциональной зависимостью с отношением сопротивлений нагрузки в цепи

диода и параметром к: Пт = F{RJR2, к). Следовательно, при известньгх и постоянньгх R, и к значение измеряемого напряжения переменного тока определяется только сопротивлением R2.

Основная погрешность (в процентах) компенсационных вольтметров при частотах до 10 МГц составляет + (0,2 + 0,8/и), при более высоких частотах погрешность увеличивается и определяется из выражения

±(0,2 4-0,08/4-0,008/),

где / - частота измеряемого напряжения, МГц; и - показание прибора, В.

Диапазон измеряемых прибором напряжений от 10 мВ до 100 В с разрешающей способностью 10 мкВ на пределе 10 мВ. Диапазон частот измеряемых переменных напряжений 20 Гц - 1000 МГц.

Компенсационный метод применен в выпускаемом промышленностью вольтметре типа ВЗ-49. В качестве нелинейного элемента на входе вольтметра применен диод типа 2Д24Н, что обеспечивает широкий диапазон частот и относительно высокое входное сопротивление. Схему прибора условно можно разделить на две части: аналоговую и цифровую. Аналоговая часть обеспечивает детектирование измеряемого напряжения, установку режима диода и сам процесс измерения по методу постоянного среднего значения тока диода Цифровая часть обеспечивает выработку закона изменения нелинейного компенсационного напряжения, индикацию значения измеряемого напряжения при балансе устройства сравнения, возможность дистанционного управления значением ком-пенсапионного напряжения и поддиапазона измерений, вьгход информации на цифропечатающее устройство.

Функциональная схема цифровой части прибора и устройства выработки напряжения компенсации приведена на рис. 2.70. Для выработки напряжения компенсации постоянного тока применен метод широтно-импульсной модуляции вьгходного постоянного напряжения «оп источника опорного напряжения ИОН с последующей фильтрацией и усреднением. В этих схемах масштабное преобразование опорного напряжения осуществляется при помощи импульсного делителя.

В простейшем случае импульсный делитель представляет собой усредняющее устройство, ко входу которого периодически подключается делимое напряжение.

Среднее значение выходного напряжения

«вых = Pi«onti/(t2 + h) = Pi«onti/r,



"0/7

Фильтр

Усилитель мощности


Рис. 2.70. Функциональная схема цифровой части вольтметра и устройства выработки компенсирующего напряжения

где Pi - общий коэффициент передачи фильтра и усилителя.

Точность коэффициента передачи импульсного делителя зависит от стабильности временньк интервалов и + tz- В современных устройствах возможно формирование обоих интервалов времени путем деления частоты задающего импульсного генератора и их отношение может быть обеспечено с высокой точностью. Абсолютная стабильность частоты генератора для этой схемы значения не имеет.

Поскольку в схеме компенсационного вольтметра зависимость между амплитудой измеряемого напряжения и амплитудой напряжения компенсации нелинейна, то должно реализоваться равенство

ti/(ti + t2)=P2ln/o(bon)/fe,

где Рг ~ масштабный коэффициент.

Эта зависимость осуществляется методом кусочно-линейной аппроксимации, т. е. источник напряжения компенсации построен по принципу кусочно-линейной аппроксимации, частота импульсов задающего импульсного генератора меняется, определяя наклон участка.

Выработка требуемого закона изменения нелинейного напряжения компенсации обеспечивается сигналами управления, поступающими из цифровой схемы прибора

Напряжение компенсации за каждый

цикл Г образуется из двух интервалов. За интервал г/ вырабатывается напряжение, соответствующее старшим разрядам, а за интервал ti - напряжение, соответствующее младшему разряду. В момент t = О происходит переполнение счетчика Сч и его выходной импульс через схему управления СУ перебрасывает переключатель Я, в положение /. Одновременно этот импульс устанавливает регистр сдвига РгС в исходное состояние. Это состояние регистра характеризуется точкой О (рис. 2.71). Регистр сдвига РгС (см. рис. 2.70) и узел выбора предела ЪП воздействуют на дешифраторы ДШ, и ДШ,. Дешифратор ДШ, в свою очередь вырабатывает команду управления делителем Д, представляющего собой делитель частоты с переменным коэффициентом деления. По команде управления с регистра РгС через дешифратор ДШ, и делитель Д устанавливается требуемая частота импульсов на выходе счетчика Сч, т. е. наклон соответствующего отрезка. Импульсы на вход делителя поступают от генератора Г с частотой / = = 1,25 МГц.

С вьгхода делителя Д импульсы начинают поступать в счетчик Сч и заполнять его. Когда код на выходе счетчика Сч окажется равным коду на выходе дешифратора ДШ2> схема сравнения кодов ССК, вьщает первый импульс в регистр сдвига РгС, переводя его в первое состояние. Этот момент



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


0.0144