Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



uA-t)

Уи-оп

и-всп О-

Ч УС

г----1 I I

J-L.

I

Рис. 2.75. Структурная схема цифрового вольтметра переменного тока, основанного на принципе формирования опорного напряжения

форму меандра Ивсп> основная частота которого лежит в области средних частот звукового диапазона.

В результате уравновешивания устанавливается следующая связь между измеряемым напряжением и элементами схемы:

Uy=u„„aN{\ +ДЯЯеп), где aN - коэффициент передачи масштабного преобразователя; А - абсолютное значение напряжения некомпенсации.

Рассмотренная структурная схема имеет ряд особенностей. Дискретный масштабный преобразователь и устройства сравнения работают на фиксированной частоте вспомогательного сигнала Ивсп, что позволяет не предъявлять жестких требований в отношении амплитудно-частотных и фазовых искажений. Кроме того, данная структурная схема позволяет исключить дополнительные погрешности из-за нестабильности (временной и температурной) коэффициентов передачи входной цепи, служащих для расширения пределов измерения. Для этого достаточно выбрать уровень вспомогательного напряжения таким, чтобы при той же чувствительности устройства сравнения входные делители и усилители можно бьшо непосредственно включить в компенсационную цепь.

Использование этого принципа позволяет получить вольтметры с достаточно высокими характеристиками по переменному току:

Диапазон измеряемых напряжений ......ЮОмкВ-ЗООВ

Разрешающая способность на пределе измерения 10 мВ........ 1 мкВ

Диапазон частот . . . . 10 Гц-1 МГц

Погрешность измерения в

диапазоне частот . . . 0,07-1,5%

Коэффициент формы измеряемых напряжений . . . До 4

Входное сопротивление . . 1 МОм

2.7.4. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ МНОГОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

Широкое применение в радиоэлектронных измерениях находят селективные (избирательные) микровольтметры для исследования спектра периодических сигналов, определения спектральной плотности шумов, измерения больших затуханий и малых коэффициентов нелинейных искажений.

Селективные микровольтметры - это высокочувствительные приемники гетеродинного типа с настройкой на определенную частоту или узкий интервал частот. Упрощенная структурная схема селективного микровольтметра приведена на рис. 2.76. Измеряемый сигнал частоты /с подается через входное устройство на смеситель, куда поступает и сигнал от гетеродина /г. В смесителе измеряемый сигнал под действием сигнала, поступающего от гетеродина, преобразуется усилителем промежуточной частоты УПЧ в сигнал промежуточной частоты, на которой происходит основное его усиление. На выходе усилителя имеется вольтметр с цифровым или стрелочным индикатором.

Усилитель промежуточной частоты в зависимости от требуемых характеристик прибора (чувствительности, полосы пропускания и др.) может включать в себя два или три преобразователя сигнала на фиксированных частотах. Первый смеситель обеспечивает преобразование входного сигнала в широком диапазоне частот в фиксированную промежуточную частоту в зависимости от частоты настройки гетеродина: /„р = /г + /с, где /пр - промежуточная частота. Основными требованиями, предъявляемыми к первому смесителю, являются значительное ослабление напряжения с частотой гетеродина, максимальная чувствительность, возможно большая равномерность частотной характеристики коэффициента преобразования, наибольшее ослабление гармоник на выходе.

Промежуточная частота прибора может быть выбрана выше верхней частоты измеряемого диапазона или ниже нижней. При выборе /пр ниже нижней частоты измеряемого диапазона возникает множество комбинационных частот; кроме того, сигнал гетеродина также находится в области измерения. Такой принцип требует введения предвари-



Входное устройство

Смеситель

Вольтметр

Гетеродин

Рис. 2.76. Структурная схема селективного вольтметра

тельной селекции. Однако это усложняет конструкцию прибора, так как входной блок должен обеспечить синхронную настройку входньгх фильтров и гетеродина и в процессе измерения прибором возникает необходимость калибровки прибора на всех частотах из-за невозможности обеспечить постоянство коэффициента передачи в пределах основной погрешности входного селективного блока усилителя.

Применение промежуточной частоты вьшге верхней частоты измеряемого диапазона частот более распространено в аналоговых приборах, при этом требуется применение предварительной селекции.

Входной блок селективного микровольтметра может быть построен двумя методами. В ряде приборов используется селективный входной усилитель, настраиваемый по всему диапазону частот. Такой принцип построения входных блоков обеспечивает подавление сигналов с частотой, отличающейся от частоты настройки. Второй принцип построения входных блоков селективных микровольтметров состоит в том, что:входной усилитель смесителя не имеет настраиваемых элементов. Входной тракт прибора является широкополосным на весь диапазон или поддиапазон частот. По этому принципу построен селективный микровольтметр типа В6-1. Структурная схема прибора приведена на рис. 2.77. Измеряемое напряжение подводится ко входу пробника, представляющего собой катодный повторитель, и поступает затем по экранированному кабелю через входные фильтры в усилитель высокой частоты УВЧ. После УВЧ измеряемое напряжение преобразуется в смесителе Слг, с частотой гетеродина (Гет) в промежуточную частоту 40 МГц, затем усиливается усилителем промежуточной частоты УПЧ. Из

Входной делитель 1:100

о* Пробник

УПЧу сигнал поступает на смеситель Слг, где частотой гетеродина Temj преобразуется во вторую промежуточную частоту 465 кГц и через делитель напряжения поступает на вход УПЧ2. На выходе этого усилителя включены выходной вольтметр V, звуковой тракт, позволяющий прослушивать модуляцию сигнала; имеется выход для подключения внешнего прибора.

Градуировка выходного вольтметра произведена в эффективных значениях напряжения синусоидальной формы. Вследствие того что прибор имеет довольно узкую полосу пропускания, гармонические составляющие сигнала не будут влиять на отсчет по основной частоте.

Прибор имеет две полосы пропускания: 1 и 10 кГц. Ширина полосы определяется на уровне 0,7 высоты резонансной характеристики.

Технические характеристики прибора Измеряемое напряжение: на пределах 3-10-30- 100-300-1000-3000-10000 мкВ.....От 2 мкВ

с делителем 1 : 100, прилагаемым к прибору Диапазон частот измеряемых напряжений......От 150 кГц

до 10 мВ До 1 В

Погрешность измерения (в том числе с делителем), не более: в диапазоне частот от 0,15 до 15 МГц . . . в диапазоне частот от 15 до 35 МГц . . .

до 35 МГц

10% 15%

Предел 3 мкВ является индикаторным, и его погрешность по всему диапазону ча-

>

Калибровочный генератор

Гет ,

Гет-,

Делитель напряжения

Звуковой тракт

Детектор

Рис. 2.77. Структурная схема селективного микровольтметра типа В6-1



стот +25%, а при применении графика поправок + 20%. График поправок выражает зависимость отклонения показаний прибора (в пропентах) от истинного значения измеряемого напряжения и прилагается к каждому прибору. С помощью этого графика истинное значение измеряемого напряжения может бьггь измерено с погрешностью не более + 10 % и рассчитано по формуле

«ист =«изм-100/(100-ьД«%),

где «изм - напряжение, измеряемое прибором; Аи - погрешность, взятая из графика; "ист - истинное значение напряжения.

Прибор, имеющий высокую чувствительность, селективность и широкий диапазон частот, позволяет производить измерение процента содержания гармоник периодических сигналов, т. е. исследовать спектр периодических сигналов:

измерение второй гармоники до значения 0,1% при напряжении сигнала на входе не менее 1 мВ;

измерение третьей гармоники до значения 0,01 % при напряжении сигнала на входе не менее 10 мВ.

Прибор позволяет исследовать спектральную плотность шума в диапазоне частот прибора. Спектральная плотность шумового сигнала определяется по формуле

= ищ/АРш,

где Чи - интегральное значение шума, измеренное прибором; AF - шумовая полоса прибора.

Для конкретного образца шумовая полоса мВ-МГц/мВ, вычисляется по формуле

АРш = S/u,

где S - площадь амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) данного образца прибора; и - максимальное значение АЧХ.

2.7.5. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ДИАПАЗОНЕ ИНФРАНИЗКИХ ЧАСТОТ

При разработке и исследовании линейных и нелинейных систем автоматического регулирования, акустических и гидроакустических систем, колебательных процессов в различных механических системах и пр. возникает необходимость измерения напряжений и токов инфранизких частот (ИНЧ), т. е. частот ниже 10-15 Гц.

Для измерения напряжений ИНЧ могут применяться электромеханические приборы непосредственной оценки. Структурную схему электромеханического прибора непосредственной оценки можно условно представить как последовательное соединение измери-

пер

ОСпост


с 0,05 0,1 0,2 0,f

г 3 5

Рис. 2.78. Электроизмерительные приборы непосредственной оценки в цепях измерения ИНЧ:

а - структурная схема; б - амплитудно-частотная характеристика измерительного механизма; а = = Ci<nocT + <тр - угол поворота подвижной части прибора; о(по„ - составляющая, пропорциональная среднему квадратическому значению измеряемой величины; Опер - составляющая, определяемая частотой измеряемого сигнала и динамическими параметрами прибора

тельного преобразователя ИП и измерительного механизма ИМ (рис. 2.78, а).

Преобразователь ИП преобразует измеряемую величину x{t) в некоторую промежуточную y(t) (вращающий момент), находящуюся в определенной функциональной зависимости от измеряемой величины. Измерительный механизм ИМ служит для преобразования y(t) в перемещение подвижной части прибора, в частности в отклонение указателя на угол а. Кроме того, ИМ в цепях переменного тока выполняет функции фильтра нижних частот, параметры которого определяются периодом собственных колебаний Tq и степенью успокоения р подвижной части прибора.

Реакция ИМ на переменную составляющую y(t) в зависимости от частоты определяет возможность использования электромеханических приборов в диапазоне ИНЧ.

Существует три режима работы ИМ, каждому из которых соответствует область амплитудно-частотной характеристики

(рис. 2.78,6):

1) подвижная часть прибора не успевает реагировать на изменения вращающего момента и реагирует лишь на его среднее значение. Это режим измерения переменного тока. Обычно для работы в таком режиме применяются измерительные преобразователи с нелинейными характеристиками;

2) подвижная часть прибора следует за изменениями вращающего момента практически без амплитудной погрешности. Это режим измерения постоянного тока. Для работы в нем применяются преобразователи с линейной характеристикой;

3) подвижная часть прибора реагирует



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


0.0177