ЛЕКЦИЯ №5 ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Электронные аналоговые приборы и преобразователи представляют собой средства измерений, в которых преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с помощью аналоговых электронных устройств. Выходной сигнал таких средств является непрерывной функцией измеряемой величины. Электронные приборы и преобразователи применяют при измерениях практически всех электрических величин: напряжения, тока, частоты, мощности, сопротивления и т.д. Достоинства электронных измерительных приборов: высокая чувствительность обусловлена применением усилителей; малое потребление энергии из цепи, в которой производят измерение, что определяется высоким входным сопротивлением данных приборов; широкий диапазон частот, в котором чувствительность неизменна. Недостатки: сложность, обусловленная большим числом деталей и элементов; необходимость в источниках питания электронных устройств, входящих в прибор; сравнительно невысокая надежность, обусловленная большим числом элементов. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ В электронных вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется с помощью аналоговых электронных устройств в постоянный ток, который подается на магнитоэлектрический измерительный механизм со шкалой, градуированный в единицах напряжения. Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых напряжений (от десятков нановольт на постоянном токе до десятков киловольт), большим входным сопротивлением (более 1 Мом), могут работать в широком частотном диапазоне (от постоянного тока до частот порядка сотен МГц). Существуют множество различных типов вольтметров. По своему назначению и принципу действия наиболее распространенные вольтметры могут быть подразделены на вольтметры постоянного тока, переменного тока, универсальные, импульсные и селективные. Вольтметры постоянного тока. Упрощенная структурная схема таких вольтметров показана на рис. 5.1, где ВД – входной делитель напряжения; УПТ – усилитель постоянного тока; ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм; Ux– измеряемое напряжение. Рис. 5.1. Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока Последовательное соединение делителя напряжения и усилителя позволяет делать вольтметры высокочувствительными и многопредельными за счет изменения в широких пределах их общего коэффициента преобразования. Повышение чувствительности вольтметров постоянного тока путем увеличения коэффициента усиления УПТ kУПТ наталкивается на технические трудности из-за нестабильности работы УПТ, характеризующейся изменением kУПТ и самопроизвольным изменением выходного сигнала усилителя (дрейф "нуля"). Поэтому в таких вольтметрах kУПТ≈1, а основное назначение УПТ – обеспечить большое входное сопротивление вольтметра. Данная структурная схема вольтметра постоянного тока используется в составе универсальных вольтметров, поскольку при незначительном усложнении – добавлении преобразователя переменного напряжения в постоянное, появляется возможность измерения и переменного напряжения. Вольтметры переменного тока. Такие вольтметры состоят из преобразователя переменного напряжения в постоянное, усилителя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Возможны две обобщенные структурные схемы вольтметров переменного тока (рис. 5.2), различающиеся своими характеристиками. В вольтметрах по схеме рис. 5.2,а измеряемое напряжение uх, сначала преобразуется в постоянное напряжение, которое затем подается на УПТ и ИМ, являющиеся, по существу, вольтметром постоянного тока. Преобразователь Пр представляет собой нелинейное звено, поэтому вольтметры с такой структурой могут работать в широком частотном диапазоне. В то же время указанные недостатки УПТ и особенности работы нелинейных элементов при малых напряжениях не позволяют делать такие вольтметры высокочувствительными. Рис. 5.2. Структурные схемы вольтметров переменного тока В вольтметрах, выполненных по схеме рис. 5.2,б, благодаря предварительному усилению удается повысить чувствительность. Однако создание усилителей переменного тока с большим коэффициентом усиления, работающих в широком диапазоне частот, – трудная техническая задача. Поэтому такие вольтметры имеют относительно низкий частотный диапазон (1 – 10 МГц). Различают вольтметры амплитудного, среднего или действующего значения. Рис. 5.3. Схема (а) и временная диаграмма сигналов преобразователя амплитудных значений (пикового детектора) с открытым входом Вольтметры амплитудного значения имеют преобразователи амплитудных значений (пиковые детекторы) с открытым (рис. 5.3,а) входом, где uвх и uвых – входное и выходное напряжение преобразователя. Если вольтметр имеет структуру рис. 5.3,а, то для преобразователя uвх=uх. В амплитудных преобразователях с открытым входом конденсатор заряжается практически до максимального uхmax положительного (при данном включении диода) значения входного напряжения (рис. 5.3,б). Пульсации напряжения uвых на конденсаторе объясняются его подзарядом при открытом диоде, когда uвх>uвых, и его разрядом через резистор R при закрытом диоде, когда uвх<uвых. Универсальные вольтметры. Такие вольтметры предназначены для измерения напряжений постоянного и переменного токов. Обобщенная структурная схема показана на рис. 5.4, где В – переключатель. В зависимости от положения переключателя В вольтметр работает по схеме вольтметра переменного тока с преобразователем П (положение 1) или вольтметра постоянного тока (положение 2). Рис. 5.4. Структурная схема универсального вольтметра В универсальных вольтметрах, называемых также комбинированными, часто предусматривается возможность измерения сопротивлений Rх. В таких вольтметрах имеется преобразователь ПR, выходное напряжение которого зависит от неизвестного сопротивления: Uвых=f(Rx). На основании этой зависимости шкала прибора градуируется в единицах сопротивления. При измерении резистор с неизвестным сопротивлением подключается к входным зажимам преобразователя, а переключатель ставится в положение 3. Импульсные вольтметры. Для измерения амплитуды импульсных сигналов различной формы применяют импульсные вольтметры. Особенности работы импульсных вольтметров определяются малой длительностью τ измеряемых импульсов (от 10-100 нс) и значительной скважностью (до 109), где Т – период следования импульсов. Импульсные вольтметры могут быть выполнены по структурной схеме рис. 5.2,а, при этом используют преобразователи амплитудных значений с открытым входом (рис. 5.3,а). Большая скважность импульсов и малая их длительность предъявляют жесткие требования к преобразователям амплитудных значений. Поэтому в импульсных вольтметрах применяют компенсационные схемы амплитудных преобразователей (рис. 5.5). Рис. 5.5. Компенсационная схема амплитудного преобразователя Входные импульсы uвх заряжают конденсатор С1. Переменная составляющая напряжения на этом конденсаторе, вызванная подзарядом его измеряемыми импульсами и разрядом между импульсами (аналогично рис. 5.3,б), усиливается усилителем У переменного тока и выпрямляется с помощью диода D2. Постоянная времени цепи RC2 выбирается достаточно большой, поэтому напряжение на конденсаторе С2 в промежутке между импульсами изменяется незначительно. С выхода преобразователя при помощи резистора Rо.с. обратной связи на конденсатор С1 подается компенсирующее напряжение. При большом коэффициенте усиления усилителя это приводит к значительному уменьшению переменной составляющей напряжения на конденсаторе С1, вследствие чего в установившемся режиме напряжение на конденсаторе практически равно амплитуде измеряемых импульсов, а выходное напряжение пропорционально этой амплитуде: . Селективные вольтметры. Такие вольтметры предназначены для измерения действующего значения напряжения в некоторой полосе частот или действующего значения отдельных гармонических составляющих измеряемого сигнала. Принцип действия селективного вольтметра заключается в выделении отдельных гармонических составляющих сигнала или сигнала узкой полосы частот с помощью перестраиваемого полосового фильтра и измерении действующего значения выделенных сигналов. Физически реализуемый полосовой фильтр не обладает строго прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Это может привести к тому, что через такой фильтр пройдут соседние гармонические составляющие с некоторым коэффициентом передачи. В этом случае селективный вольтметр измеряет действующее значение суммы гармонических составляющих, прошедших через фильтр, с учетом реальных коэффициентов передачи для каждой составляющей. Рис. 5.6. Структурная схема селективного вольтметра Измеряемый сигнал uх через избирательный входной усилитель ВУ подается на смеситель См, предназначенный для преобразования частотного спектра измеряемого сигнала. На выходе смесителя появляется сигнал, пропорциональный измеряемому сигналу, но с частотами спектра , где - частота гармонических составляющих входного сигнала; - частота сигнала синусоидального генератораГ (гетеродина). Усилитель промежуточной частоты УПЧ настроен на некоторую фиксированную частоту . Поэтому на выходУПЧ пройдет только та составляющая выходного сигнала смесителя, частота которой . Этот сигнал соответствует гармонической составляющей измеряемого сигнала с частотой . Действующее значение этой гармонической составляющей измеряется вольтметром действующего значенияВДЗ. Изменяя частоту генераторов , можно измерять действующее значение различных гармонических составляющих сигналаuх. Функцию полосового фильтра в этой схеме выполняет УПЧ. Благодаря фиксированному (неперестраиваемому) значению частоты настройки УПЧ этот усилитель имеет большой коэффициент усиления и узкую полосу пропускания, что обеспечивает высокую чувствительность и избирательность селективного вольтметра. studfiles.net Электронные вольтметры (В2 — постоянного тока, В3 — переменного, В4 — импульсного, В5 — фазочувствительные, В6 — селективные, В7 — универсальные). С целью повышения чувствительности и расширения диапазона измеряемых значений напряжений разработаны специальные приборы — электронные вольтметры. В соответствии с измеряемым параметром различаются вольтметры амплитудного значения (пиковые), среднего (постоянного напряжения), средневыпрямленного и действующего значений. Электронные вольтметры обладают большим входным сопротивлением, достигающим 10 МОм, имеют широкий частотный диапазон до 1—3 ГГц, способны выдерживать большие нагрузки. Типичные структурные схемы электронных вольтметров приведены на рис. 2. Входное устройство электронных вольтметров состоит из эмиттерного повторителя, чаще всего смонтированного в выносном пробнике для уменьшения влияния проводов на высоких частотах, и аттенюатора, представляющего собой резистивный делитель напряжения. Рисунок 2 - Структурные схемы электронных вольтметров: а) переменного напряжения; б) постоянного напряжения; в) переменного и постоянного напряжения Усилители в электронных вольтметрах предназначены для повышения чувствительности при измерении малых напряжений. Для повышения стабильности коэффициента усиления усилителя и уменьшения нелинейных искажений обычно используется многокаскадный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью. Детектор вольтметра предназначен для преобразования измеряемого напряжения в постоянную или пульсирующую форму, измеряемую магнитоэлектрическим прибором. В зависимости от закона преобразования детекторы подразделяются на пиковые (амплитудные), детекторы действующего значения и детекторы средневыпрямленного значения. Рисунок 3- Схема пикового детектора и график напряжений В пиковом детекторе параметры схемы (рис. 3) подобраны так, что постоянная времени заряда конденсатора τ3 = Ri.С (Ri — внутреннее сопротивление диода) намного меньше постоянной цепи разряда τр= R.С, которая много больше периода колебаний входного напряжения: τр>>Т. Вследствие этого через несколько периодов колебаний конденсатор зарядится до напряжения Uс со средним значением Uср, близким к амплитудному значению Um. Детектор действующего значения должен иметь квадратичную вольт-амперную характеристику. Рисунок 4 - Схема квадратичного детектора с кусочно-гладкой аппроксимацией ВАХ Квадратичным участком вольтамперной характеристики обладают почти все активные элементы: лампы, транзисторы, диоды; однако протяженность этого участка небольшая. Для ее увеличения применяют кусочно-гладкую аппроксимацию параболической кривой на К-участках, каждый из которых обеспечивается начальным квадратичным участком данного активного элемента. На рис. 4 показана схема такого детектора. Количество участков аппроксимации соответствует количеству диодных цепочек, в которых на каждый последующий диод подается ступенчато увеличивающееся напряжение обратного смещения (Есм), что вызывает открытие каждого из них при входном Uвх>Есм. Рисунок 5 - Схема детектора средневыпрямленного значения Детектор средневыпрямленного значения представляет собой двухполупериодный выпрямитель, собранный обычно по мостовой схеме (рис. 5). Чтобы ток в этом детекторе был пропорционален средневыпрямленному значению измеряемого напряжения, необходимо, чтобы амплитуда входного напряжения, подаваемая на диоды, значительно превышала квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода, т. е. чтобы детектирование было линейным, а не квадратичным. Рассмотрим некоторые специальные типы вольтметров. Избирательный (селективный) электронный вольтметр предназначен для измерения синусоидального напряжения определенной (избранной) частоты в спектре других частот. Принцип действия такого вольтметра основан на выделении напряжения нужной частоты из спектра других частот, усилении и дальнейшем измерении напряжения выделенной частоты. Милливольтметр В3-38Б состоит из входного делителя (ДН), преобразователя импеданса (ПИ), аттенюатора (А), широкополосного усилителя (ШУ) с детектором (Д), эммитерного повторителя (ЭП), отсчётного прибора (ИП), блока питания (БП), показанных на структурной схеме прибора (рисунок 6). Рисунок 6 - Структурная схема В3-38Б Входной делитель расположен между входом прибора и преобразователем импеданса. Коэффициент деления 1: 316. Переключение плеч делителя происходит при переходе с поддиапазона измерения 1 В на поддиапазон 3 В. Для точной установки коэффициента деления в его нижнее плечо включен потенциометр R73. Преобразователь импеданса (ПИ) служит для получения требуемого входного импеданса милливольтметра и согласования высокого входного сопротивления прибора с низким сопротивлением аттенюатора. Линейность передаточной характеристики детектора зависит от глубины обратной связи ШУ. На частотах до 1 МГц характеристики практически линейна по всей шкале отсчётного прибора. На частоте 10 МГц из-за меньшей глубины обратной связи нелинейность шкалы в точке 1/10 составляет около 3%, а в точке 1/3 -около 2% от установленного поддиапазона измерения. studfiles.net Основным элементом аналоговых электромеханических вольтметров и электронных вольтметров является измерительный механизм, в котором энергия электромагнитного поля преобразуется в механическую энергию и происходит перемещение подвижной части измерительного механизма (рамки, подвижного магнита и т.п.). Наиболее широко используются измерительные механизмы магнитоэлектрической системы, состоящие (см. рис. 4.1) из постоянного магнита (1) с магнитопроводом (2) и подвижной рамки (3). (1- постоянный магнит, 2- магнитопровод, 3- рамка, 4- токопроводящие пружины) Рис. 4.1. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы При протекании по рамке тока в активных участках рамки, находящихся в магнитном поле, возникает сила, пропорциональная току (I), магнитной индукции (В) и длине проводника (а). Момент, стремящийся повернуть рамку, зависит от силы, плеча (b/2), на котором действует сила, и числа активных витков рамки (N): , где B – индукция в зазоре, Тл; –площадь рамки, мм2; N – число витков рамки; При повороте рамки на угол возникает противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинами (4), одновременно служащими токопроводами, , где W – жесткость противодействующих пружин, Отсюда, угол поворота рамки пропорционален току Таким образом, измерительный механизм представляет собой миллиамперметр. Если известно сопротивление рамки (RP), то измерительный механизм может служить милливольтметром. Для расширения пределов измерения напряжения постоянного тока последовательно с измерительным механизмом включают добавочное сопротивление Rд (см. рис. 4.2). Рис. 4.2. Вольтметр магнитоэлектрической системы Номинал добавочного сопротивления выбирают так, чтобы ток через измерительный механизм при предельном значении напряжения не превышал тока , который называется током полного отклонения. При протекании по рамке тока I0 она отклоняется на максимальный угол a0. Таким образом, в вольтметрах магнитоэлектрической системы сопротивление между входными клеммами зависит от предела измерения Uпр и тока полного отклонения. . Для измерения малых напряжений используют электронные вольтметры, в которых входной сигнал усиливается с помощью усилителя постоянного тока (УПТ) (см. рис. 4.3), а затем поступает на измерительный механизм. Входное сопротивление электронных вольтметров определяется входным сопротивлением электронного усилителя и мало зависит от предела измерения вольтметра. Рис. 4.3. Электронный вольтметр Для расширения пределов измерения амперметров рамка шунтируется малым сопротивлением так, чтобы при максимальном измеряемом токе Iпр в рамке протекал ток полного отклонения I0, а составной ток (Iпр–I0) протекал по шунту (см. рис. 4.4). ; . Рис. 4.4. Амперметр магнитоэлектрической системы Чем больше предел измерения амперметра Iпр, тем меньше сопротивление шунта. При измерении напряжения возникают методические и инструментальные погрешности. Для их оценки необходимо знать методические характеристики вольтметра. Если амперметр или вольтметр не являются постоянными элементами электрической схемы, а включаются в нее только на время измерений, то возникает методическая погрешность, связанная с потреблением измерительным прибором электрической энергии и возможным изменением в этой связи режима работы схемы. Так, амперметр, подключенный последовательно с нагрузкой, увеличивает общее сопротивление цепи, уменьшая ток в ней. При подключении вольтметра параллельно с нагрузкой сопротивление цепи уменьшается, ток, потребляемый от источника сигнала, возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника и соответственно к уменьшению падения напряжения на нагрузке. По теореме об эквивалентном генераторе вся схема кроме выделенного элемента может быть представлена в виде источника ЭДС Е, равной напряжению между точками подключения элемента при разомкнутой цепи Rх (см. рис. 4.5), и внутренним сопротивлением Rэг, равным сопротивлению между точками подключения цепи Rх. Рис. 4.5. Схема подключения вольтметра Если измерительные приборы не подключены, то падение напряжения на сопротивлении . При подключении вольтметр покажет меньшее напряжение и возникнет методическая погрешность: ; , (4.1) где – сопротивление схемы между точками 1 и 2, к которым подключен вольтметр. Если Rх и Rэг отличаются на порядок, то R определяется меньшим из них. Таким образом, важной метрологической характеристикой вольтметра является его входное сопротивление. Для уменьшения методических погрешностей это сопротивление должно быть большим. Сопротивление вольтметра зависит от тока полного отклонения измерительного механизма и предела измерения. Для сравнения вольтметров между собой вводят понятие нормированного сопротивления вольтметра: ; , (4.2) где – нормированное сопротивление, Ом/В; – предел измерения вольтметра, В; – ток полного отклонения измерительного механизма, А. Таким образом, для уменьшения методических погрешностей надо использовать прибор на большом пределе измерения. Но при этом возрастает относительная инструментальная погрешность. Общая относительная погрешность измерения напряжения вольтметром определяется по формуле , %, (4.3) где Iн, Uн – нормирующие значения I и U соответственно. При измерениях в маломощных цепях выбор типа измерительного прибора и пределов измерения следует производить, учитывая одновременно и методическую, и инструментальные погрешности в соответствии с приведенными формулами. При экспериментальных исследованиях в авиаприборостроении широко используются комбинированные электроизмерительные приборы (тестеры, авометры), в которых один и тот же измерительный механизм магнитоэлектрической системы совместно с набором встроенных шунтов, добавочных сопротивлений и других элементов служит для измерения постоянных и переменных токов, напряжений, сопротивлений, емкостей, индуктивностей, параметров транзисторов и т.п. Наиболее важными характеристиками комбинированных приборов, определяющими преимущественную область применения каждого типа авометра, является их входное сопротивление и класс точности. Приборы с большим входным сопротивлением имеют меньшую погрешность и предназначены для измерений в электронных схемах, когда допускается малое потребление мощности измерительным прибором. При выборе типа авометра и предела измерений следует принимать во внимание как инструментальные, так и методические погрешности прибора в соответствии с формулой (4.3). Основным элементом комбинированного прибора является высокочувствительный измерительный механизм магнитоэлектрической системы. Этот механизм включается в схемы для измерения тока, напряжения, сопротивления и т.п. При отклонении условий от нормальных возникают дополнительные погрешности: температурные, от действия электрических и магнитных полей, из-за изменения формы кривой под влиянием гармоник основного сигнала, при выходе частоты за границы нормальной области и т.п. При одновременном действии нескольких влияющих факторов соответствующие погрешности складываются. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ 1. Изучить инструкцию по эксплуатации цифрового мультиметра UT60A. 2. Изучить инструкцию по эксплуатации тестера YX-360TRA. 3. Экспериментально определить погрешность измерения напряжения постоянного тока тестером во всех оцифрованных точках шкалы на одном пределе измерений. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: zdamsam.ru Обобщенная структурная схема вольтметра постоянного тока приведена на рис. 1,а. Она включает входное устройство, усилитель постоянного тока А1 и электромеханический измерительный прибор PV1. Входное устройство предназначено для создания высокого входного сопротивления, чтобы уменьшить влияние вольтметра на измеряемую цепь. Оно состоит из делителей напряжения – аттенюаторов, с их помощью изменяют пределы измеряемых величин. В некоторых вольтметрах входное устройство содержит эмиттерный повторитель (или истоковый – при использовании полевых транзисторов). К УПТ предъявляются высокие требования: малый дрейф нуля, высокая стабильность усиления, малый уровень шумов. В вольтметрах постоянного тока высокой чувствительности входной сигнал преобразуется в переменный, усиливается и затем вновь преобразуется в напряжение постоянного тока. Обобщенная структурная схема вольтметра переменного тока показана на рис. 1,б. Принцип действия такого вольтметра состоит в преобразовании переменного напряжения в постоянное, которое измеряется стрелочным электромеханическим прибором. В качестве преобразователей переменного напряжения в постоянное используются пиковые (амплитудные) детекторы, детекторы среднеквадратического и средневыпрямленного значения напряжения. Применение того или иного преобразователя переменного тока в постоянный определяет способность вольтметра измерять то или иное значение напряжения. На обобщенной схеме показаны усилитель переменного напряжения А1 и УПТ А2, включенный после преобразователя V1. Однако в практических приборах применение обоих усилителей встречается очень редко. Используется либо додетекторное усиление, либо последетекторное. В высокочувствительные измерители напряжения вводят усилители переменного напряжения, обычно широкополосные, с полосой пропускания от единиц герц до десятков мегагерц. Для обеспечения широкой области рабочих частот вплотьдо 1 ГГц усилители переменного напряжения не применяют, а применяют усилители постоянного тока. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ В цифровых вольтметрах переменного напряжения используется аналоговое преобразование измеряемого переменного напряжения в постоянное. В импульсных цифровых вольтметрах находят применение специальные АЦП – амплитудно-временные преобразователи. В вольтметрах с уравновешивающим преобразованием используются соответствующие АЦП. Цифровые вольтметры прямого преобразования более просты по устройству, но имеют меньшую точность. По используемому способу аналого-цифрового преобразования они бывают: с временным, временным с интегрированием и частотным преобразованием. Интегрирующие цифровые вольтметры, измеряющие среднее значение напряжения за время измерения, обладают повышенной помехозащищенностью. Входное устройство (рис. 2) содержит делители напряжения и предназначено для расширения пределов измерения. Оно обеспечивает достаточно высокое входное сопротивление вольтметра. Устройство определения полярности измеряемого напряжения основано на определении последовательности срабатывания двух устройств сравнения. На первое подается пилообразное напряжение, принимающее значения от –U до +U, и измеряемое напряжение. Устройство срабатывает (выдает импульс) в момент равенства напряжений. Другое устройство сравнения срабатывает в момент равенства пилообразного напряжения нулю. Сигнал полярности подается в цифровое отсчетное устройство. Устройство автоматического выбора пределов измерения сравнивает измеряемое напряжение с набором напряжений и управляет делителем. Цифровые вольтметры с уравновешивающим преобразованием строятся в основном по двум типам структурных схем: с использованием программирующего устройства и цифрового счетчика. В них измеряемое напряжение уравновешивается дискретно-изменяющимся компенсирующим образцовым напряжением. На рис. 3,а,б показаны эти структурные схемы. Рассмотрим работу вольтметра, построенного по схеме с цифровым счетчиком (рис. 3,б). Тактовые импульсы поступают на цифровой счетчик через управляющее устройство, определяющее порядок заполнения ячеек. Счетчик изменяет состояние элементов преобразователя кода и компенсирующее напряжение. Измеряемое напряжение, поступающее на устройство сравнения, сравнивается с компенсирующим напряжением. В зависимости от знака этой разности на выходе устройства сравнения управляющее устройство либо продолжает пропускать тактовые импульсы на счетчик, либо нет. Новый цикл измерений начинается с момента сбрасывания на нуль показаний счетчика. В этот же момент в исходное состояние приводится компенсирующее напряжение и на счетчик начинают поступать счетные импульсы. megaobuchalka.ru Внутреннее сопротивление вольтметра Вольтметр обладает внутренним сопротивлением. Чем больше величина внутреннего сопротивления, тем более точно прибор показывает измеряемую величину. В идеальном вольтметре эта величина должна равняться бесконечности. Внутреннее сопротивление можно измерить с помощью чувствительного амперметра, источника питания и вольтметра. Подключив приборы к источнику питания, по показаниям приборов, используя закон Ома можно вычислить искомое значение сопротивления. Также можно взять аккумуляторную батарею(RБ), сопротивление(R) и вольтметр. Измерить напряжение на вольтметре с включенным последовательно в цепь сопротивлением, записать показания U1. Измерить напряжение на вольтметре с закороченным сопротивлением, и также записать показания U2. Затем по формуле отыскать значение сопротивления. RВ=R/(U2/U1-1)-RБ. Чем выше величина R, тем точнее будут измерения. Добавочное сопротивление вольтметра Добавочное сопротивление используют для расширения величины измеряемого напряжения вольтметра. Оно подключается последовательно к прибору Величина рассчитывается по формуле Rдоб=RВ(n-1) Где Rдоб - добавочное сопротивление вольтметра, RВ – внутреннее сопротивление вольтметра, n – отношение величины желаемого измеряемого напряжения к реально измеряемому напряжению. Добавочное сопротивление состоит из проволоки, намотанной на каркас и располагают внутри прибора или вне прибора. Для измерения больших напряжений вольтметр включают через измерительный трансформатор напряжения. Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определениянапряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения. Содержание [убрать] · 1 Классификация и принцип действия o 1.1 Классификация o 1.2 Аналоговые электромеханические вольтметры o 1.3 Аналоговые электронные вольтметры общего назначения o 1.4 Цифровые электронные вольтметры общего назначения o 1.5 Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока o 1.6 Импульсные вольтметры o 1.7 Фазочувствительные вольтметры o 1.8 Селективные вольтметры · 2 Наименования и обозначения o 2.1 Видовые наименования o 2.2 Обозначения · 3 Основные нормируемые характеристики · 4 История · 5 См. также o 5.1 Другие средства измерения напряжений и ЭДС o 5.2 Прочие ссылки · 6 Литература и документация o 6.1 Литература o 6.2 Нормативно-техническая документация · 7 Ссылки Классификация и принцип действия[править | править вики-текст] Классификация[править | править вики-текст] · По принципу действия вольтметры разделяются на: · электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические; · электронные — аналоговые и цифровые · По назначению: · постоянного тока; · переменного тока; · импульсные; · фазочувствительные; · селективные; · универсальные · По конструкции и способу применения: · щитовые; · переносные; · стационарные Аналоговые электромеханические вольтметры[править | править вики-текст] · Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собойизмерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения. · · ПРИМЕРЫ: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М · Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства. · ПРИМЕРЫ: Ц215, Ц1611, Ц4204, Ц4281 · Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала. · ПРИМЕРЫ: Т16, Т218 Аналоговые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст] Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель(постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения. Цифровые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст] Дополнительные сведения: [[Цифровой мультиметр]] Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразовании измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме. Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока[править | править вики-текст] Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды. · ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм) В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм. Импульсные вольтметры[править | править вики-текст] 1. Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов. Фазочувствительные вольтметры[править | править вики-текст] Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей. Селективные вольтметры[править | править вики-текст] Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять какизмерительный приёмник. · ПРИМЕРЫ: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ» Наименования и обозначения[править | править вики-текст] Видовые наименования[править | править вики-текст] · Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ) · Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ) · Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт) · Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ) · Векторметр — фазочувствительный вольтметр Обозначения[править | править вики-текст] · Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия · Дxx — электродинамические вольтметры · Мxx — магнитоэлектрические вольтметры · Сxx — электростатические вольтметры · Тxx — термоэлектрические вольтметры · Фxx, Щxx — электронные вольтметры · Цxx — вольтметры выпрямительного типа · Эxx — электромагнитные вольтметры · Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094 · В2-xx — вольтметры постоянного тока · В3-xx — вольтметры переменного тока · В4-xx — вольтметры импульсного тока · В5-xx — вольтметры фазочувствительные · В6-xx — вольтметры селективные · В7-xx — вольтметры универсальные Основные нормируемые характеристики[править | править вики-текст] · Диапазон измерения напряжений · Допустимая погрешность или класс точности · Диапазон рабочих частот История[править | править вики-текст] Первым в мире вольтметром был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре. megaobuchalka.ru
Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.
Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».
Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!
По конструкции амперметры делятся:
Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.
Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.
Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.
Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.
Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:
Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.
В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано — чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000 В) — в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока — магнитные усилители.
fixup.ru На Рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема цифрового вольтметра При включении моделирования цифрового вольтметра сигналом «Сброс», который формируется в Сх25, осуществляется установка в исходное нулевое состояние триггеров счетчика (Сх26), триггеров регистра (Сх27), а также триггеров управления DD143A и DD144. Соответственно, индикаторы цифрового вольтметра поочередно покажут исходные нулевые значения единиц, десятков и сотен Вольт. Эталонные импульсы, непрерывно генерируемые схемой Сх25, не поступают на счетчик импульсов (Сх26) и в регистр (Сх27), поскольку при нулевом состоянии триггера DD143А через логическую схему ИЛИ (DD142A) на управляющий вход логической схемы DD142A поступает высокий уровень логической 1. Этот уровень обеспечивает схеме DD140A третье (высокоимпедансное) состояние выхода. Рис.1. Электрическая схема цифрового вольтметра. Рис. 2. Электрическая схема блока преобразования кодов (Бл1). Для начала измерений необходимо, предварительно установив на Источнике Uизм (V3) измеряемое значение напряжения, кратковременно нажать на кнопку «Измерить»(SW1). При этом управляющий триггер DD143A устанавливается в единичное состояние, обеспечивая высокий уровень сигнала на входе Вкл.Инд. у блока преобразователя кодов (Бл1). Происходит отключение (гашение) индикации во время измерения, а появившийся низкий уровень логического 0 на управляющем входе схемы DD140A, обеспечивает начало поступления импульсов на счетчик (Сх26) и в регистр (Сх27). Причем, благодаря инвертору DD141A импульсы записи в регистр (Сх27) поступают инвертированными относительно эталонных импульсов, которые поступают на счетчик (Сх26). Это обеспечивает запись в регистр показания суммирующего счетчика только спустя время равное длительности каждого эталонного импульса, на фронт которого срабатывает этот счетчик. Такая задержка записи, при достаточной длительности эталонных импульсов, гарантирует к моменту записи завершение в счетчике всех переходных процессов от момента поступления фронта эталонного импульса до установившихся стационарных состояний триггеров счетчика. По мере увеличения двоичного кода показаний суммирующего счетчика, которые записываются в регистр, на выходе резистивной матрицы (Сх28), преобразующей этот код в напряжение, происходит пропорциональный рост напряжения ЦАП2. В Сх29 это напряжение одновременно с измеряемым напряжением U ИЗМ поступает на компаратор напряжений. Пока входное напряжение U ИЗМ превышает напряжение ЦАП2, компаратор не вырабатывает сигнал для остановки счета. Этот сигнал формируется, как только произошло такое превышение. Сигналом «Останов.» с компаратора напряжений (Сх29), поступающим на управляющий триггер DD143A, изменяется состояние этого триггера на нулевое. И, как следствие этого, запрещается дальнейшее прохождение эталонных импульсов в счетчик и импульсов записи в регистр, а также разрешается индикация разрешающим низким уровнем сигнала на входе «Вкл.Инд» блока. преобразователя кодов (Бл1). На индикаторах HL1-HL3 в десятичной форме показывается код, на котором произошла остановка роста показаний счетчика. При соответствующей разрядности цифрового кода, поступающего со счетчика на ЦАП, состоящий из регистра (Сх27) и резисторов ЦАП (Сх28), а также при надлежащей калибровке элементов компаратора напряжений (Сх29) эти показания будут соответствовать значению измеряемого напряжения с заданной погрешностью. Очевидно, что максимальное время измерения (от начала поступления импульсов на счетчик (Сх26) до прекращения их поступления) будет пропорционально максимальному значению измеряемого напряжения. Уменьшить это время можно, увеличивая частоту эталонных импульсов. Пределом увеличения этой частоты является сбои в показаниях цифрового вольтметра. Такие сбои происходят при записи в регистр кода во время переходных процессов в счетчике, то есть до установки стационарного показания всех триггеров счетчика. Схема DD139A вырабатывает сигнал низкого уровня логического нуля при прохождении счетчиком показания на единицу превышающем то, что соответствует заданному пределу измерений. Этот сигнал с помощью триггера, собранного на схемах DD144A и DD144B, включает сигнализатор HL4 о том, что измеряемое входное напряжение U ИЗМ превысило этот предел. Этот же индикатор сигнализирует о том, что измеряемое напряжения находится ниже нижнего предела измерения, поскольку при этом Сх13 также не вырабатывает сигнал «Останов.». Одновременно с этой сигнализацией запрещается индикация показаний счета путем установки управляющего триггера DD143A в единичное состояние низким уровнем, поступающим через верхние замкнутые контакты кнопки SW1. Однако это состояние триггера уже не может разрешить прохождение импульсов на счетчик, поскольку через логическую схему ИЛИ (DD142A) одновременно с включением сигнализации HL4 на управляющий вход схемы DD140A поступает высокий уровень логической 1 с инверсного выхода триггера DD143A. Читайте также: lektsia.comСтруктурные схемы и принцип действия электронных вольтметров. Принцип работы вольтметра
Лекция №3 - Электронные вольтметры
ПринципЫ работы Электронных вольтметров
Принцип действия аналоговых вольтметров
Структурные схемы и принцип действия электронных вольтметров — Мегаобучалка
Сопротивление вольтметра — Мегаобучалка
Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
Принцип работы и виды амперметров
Общая характеристика
Приборы со стрелочной головкой
Приборы с цифровым индикатором
В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.
Принцип действия стрелочной измерительной головки
Включение амперметра в электрическую цепь
Принцип работы цифрового вольтметра
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: