Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



-П- V


Рис. 2.82. Функциональные схемы импульсного вольтметра на основе диодно-конденсаторного (а) и триодно-конденсаторного (б) методов прямого преобразования и временная диаграмма напряжения на накопительном конденсаторе (в)

Преобразователь импульсного напряжения в постоянное - пиковый детектор. Импульсное напряжение через пиковый детектор заряжает накопительный конденсатор С. Значение выпрямленного напряжения на конденсаторе С и определяет амплитуду измеряемых импульсов. Пиковый детектор может быть построен на вакуумных или полупроводниковых диодах, транзисторах. Обычно используются схемы с диодами, и в этом случае вольтметр называют диодно-конденса-торным. Принцип работы схем, построенных на использовании метода выпрямления (рис. 2.82,0,6), одинаков и состоит в том, что при поступлении на вход преобразователя периодической последовательности прямоугольных Импульсов конденсатор емкостью С за время г„ заряжается через малое сопротивление диода, а в промежутке между импульсами Г - г„ медленно разряжается через резистор R и обратное сопротивление диода (рис. 2.82, в).

При выполнении условия постоянная времени заряда Тз < f„, а постоянная времени разряда Тр > Т, среднее значение напряжения Ео на конденсаторе за период Г будет пропорционально амплитуде импульса и„.

При измерении импульсных напряжений с малыми амплитудами применяют предварительное усиление импульсов (рис. 2.83). Схема прибора в этом случае состоит из выносного пробника с катодным повторителем, аттенюатора, широкополосного импульсного усилителя (предварительного усилителя), пикового детектора с УПТ. Вольтметры, реализующие эту схему, позволяют измерять напряжение от 1 мВ до 3 В непосредственно с погрешностью +(4-10)% при длительности импульсов от 1 до 200 мкс и скважности от 100 до 2500.

Вольтметрам, построенным на основе метода прямого выпрямления (диодно-конденсаторного), присущи значительные погрешности, связанные со скважностью и формой импульса, которые быстро растут с уменьшением амплитуды.

Для измерения напряжений малой амплитуды в широком диапазоне длительностей (от наносекунд до миллисекунд) применяются вольтметры, построенные на автокомпенсационном методе. Измерение амплитуды импульсного напряжения осуществляется методом сравнения последнего с калиброванным постоянным напряжением, вырабатываемым автоматически с помощью замкнутой следящей системы. Функциональная схема такого вольтметра для измерения импульсов положительной полярности приведена на рис. 2.84. При измерении импульсов отрицательной полярности включение диодов Vi, V2, F3 обратное. Схема работает следующим образом. Конденсатор С через дискриминирующий диод К[ заряжается в момент действия входного импульса. По окончании импульса конденсатор С медленно разряжается через резистор R на конденсатор Сф. При соответствующем выборе постоянной времени разряда конденсатора Сф происходит расширение импульса. Расширенный импульс с нагрузки К подается на У. Выходное напряжение усилителя выпрямляется диодно-конденсаторной цепью V, F3, Cq, Rq. Выпрямленное напряжение подается в качестве компенсирующего через интегрирующую цепочку КфСф на катод дискриминирующего диода. При достаточно большой постоянной времени КдСо компенсирующее напряжение за период остается практически постоянным и при достаточно большом значении коэффициента усиления

Пробник

>

Аттенюатор

Предварительный усилитель

Детектор

Рис. 2.83. Структурная схема импульсного вольтметра с предварительным усилителем



Вход J-L -\\ о-

Детектор

Рис. 2.84. Функциональная схема автокомпенсационного импульсного вольтметра

усилителя У происходит автоматическая компенсация тока через диод. В установившемся режиме при к»1 амплитуда измеряемого импульса равна компенсирующему напряжению Е с некоторой систематической погрешностью 5, обусловленной статизмом системы, видом вольт-амперной характеристики диода Vi, формой и амплитудой импульса.

Более совершенной является схема автокомпенсационного вольтметра с применением двухканального метода измерения. Структурная схема прибора, реализующего двухканальный метод измерения, приведена на рис. 2.85. Прибор состоит из двух идентичных по структуре каналов - автокомпенсационных устройств и устройства вычитания. В качестве элемента сравнения применен полупроводниковый диод. Измеряемый сигнал поступает на входной каскад, содержащий диод с расширенной емкостью С,. Компенсирующее напряжение с выходного устройства подается через резистор в цепи обратной связи во входное устройство так, что на усилитель поступает разностный сигнал входного и компенсирующего напряжений, причем только тогда, когда компенсирующее напряжение меньше измеряемого.

С усилителя усиленный разностный сигнал поступает на схему выработки компенсирующего напряжения, на накопительном конденсаторе которого вырабатьгеается компенсирующее напряжение, поступающее далее на выходное устройство.

Для исключения при измерении ошибки.

вызываемой падением напряжения на полупроводниковом диоде, в преобразователе применен метод комбинаций, заключающийся в том, что измеряемый сигнал поступает одновременно на два одинаковых измерительных тракта, отличающихся тем, что второй тракт во входном устройстве имеет не один, а два последовательно включенных полупроводниковых диода. Выходные компенсирующие напряжения с обоих трактов ui и Мк2 поступают на вычитающее устройство, в котором производится вычитание компенсирующих напряжений в соответствии с формулой

El = 2«к1 - «к2 = = 2 - Аид,] - [и - (А«д2 -I- Д«дз)] =

= «и - (2А«д, - Дид2 - Дмдз) = «т - 5,

Где «т - амплитуда измеряемого напряжения; Дмдь Дмд2, Айдз - погрешности, вносимые диодами.

Как видно из формулы, при абсолютной идентичности всех трех диодов погрешность, вносимая падением напряжения на диоде в схеме измерителя параметров импульсов с применением метода комбинаций, исключается. Практически остается некоторая погрешность 5, которая значительно меньше погрешности, вносимой одним диодом К,: 8 « Дмд]. С вычитающего устройства сигнал поступает на выход.

Этот метод измерения позволяет исключить погрешность от длительности импульса

Сг--

[>1 >1 J X

Усилитель

Схема выработки компенсирующего напряжения

Выходное устройство

Усилитель

Схема выработки компенсирующего напряжения

Выходное устройство

Устройство вычитания

Рис. 2.85. Структурная схема автокомпенсационного импульсного вольтметра, реализующего

двухканальный метод измерения



Вход I О-

Компаратор 1

Схема выработки компенсирующего напряжения

Аналоговый выход I

I Канал преобразования J

Ручное и дистанционное управление

Измерительный блок!

Плата управления режимами работы прибора

Встроенный цифровой вольтметр

Вход Л о-

Компаратор 2

Схема выработки компенсирующего напряжения

Канал преобразования Д

Цифровой выход

.Аналоговый выход I

Рис. 2.86. Структурная схема цифрового вольтметра В4-20

и значительно уменьшить погрешность, обусловленную формой импульса.

Описанный метод реализован в цифровом импульсном вольтметре типа В4-20. В приборе предусмотрены два идентичных канала для преобразования (измерения) положительного и отрицательного входных напряжений (рис. 2.86).

Амплитуда входного сигнала, поступающего в один из каналов, сравнивается в ком-

параторе с постоянным уровнем компенсирующего напряжения, вырабатываемым в замкнутой системе автоматического регулирования. Импульсы рассогласования поступают с компаратора на схему выработки компенсирующего напряжения, увеличивая или уменьшая его. В установившемся режиме компенсирующее напряжение поддерживается на уровне, равном значению измеряемого напряжения.

Усилитель-формирователь

- П I Иг Г~\ ИЛИ,?- I ИЛИгГ

Цепь ускоренного заряда.

Цепь ускоренного разряда

Цепь сброса.

Цепь

Цепь

заряда

разряда

\&е -

Интегратор

Синхронный фильтр

Рис. 2.87. Функциональная схема выработки компенсирующего напряжения



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


0.0134