Реферати українською » Коммуникации и связь » Вольтметри. Електроні вольтметри


Реферат Вольтметри. Електроні вольтметри

>Вольтметри.Електроннівольтметри

 

>Електроннівольтметрискладаютьнайбільшчисленнугрупусередрадіовимірювальнихприладів.Цівольтметримають великийопір як нанизьких, то й нависоких частотах,високучутливість,споживають малупотужність відвимірювального кола,придатні длявимірюваннясередніхвипрямних,середніхквадратичних ймаксимальнихзначеньзміннихнапруг таімпульснихсигналівтривалістю,починаючи із наносекунд.

>Електроннівольтметри за родомвимірюваноїнапругиподіляють навиди: В2 -вольтметрипостійноїнапруги;В3 -вольтметризмінноїнапруги;В4 -вольтметриімпульсноїнапруги; В6 -селективнівольтметри;В7 -універсальнівольтметри;В8 -вимірювачі ставленнянапруг та їхнірізниці.

 

6.10.1.Електроннівольтметрипостійноїнапруги

>Електроннівольтметрипостійноїнапругидозволяютьвимірюватипостійнінапруги відмікровольт до 1 У, а іззовнішнімподільникомнапруги - до 300 У.Будовавольтметрівдосить проста, смердотімістятьподільникнапруги (>ПН),емітернийповторювач (ЄП),підсилювачпостійногоструму (ПКС),магнітоелектричниймікроамперметр на 50...500мкА таджереложивлення (ДД) (рис. 6.30). Часто навході вольтметравмикаютьфільтрнижніх частот (>ФНЧ),якийдозволяєослаблюватизміннускладовузавади.

>Рис. 6.30.Структурна схемаелектронного вольтметрапостійногоструму

>ПодільникнапругиПН,призначений длярозширеннямежівимірювань, винен матірвисокийвхіднийопір йстабільнийкоефіцієнтпередачі.Підсилювачпостійноїнапруги ПКСє одним знайвідповідальнішихелементів вольтметра.Відстабільності йогокоефіцієнтапідсиленнязалежатьметрологічні характеристики вольтметра.Крім тоготочністьпоказів вольтметраістотновпливає дрейф нуля ПКС, причинамиякогоєнестабільністьнапруги ДД, змінупараметрівтранзисторів таіншихелементівсхеми. Тому всучаснихвольтметрахздебільшоговикористовують ПКС,побудовані засхемою модулятор -підсилювачзмінногоструму П -демодулятор (рис. 6.30), дрейф нуля які практичновідсутній.

>Відноснаосновнапохибкавольтметрівзалежно відрівнявимірюваноїнапругизнаходиться вграницях ± 0,5...6 %.СкладовоюосновноїпохибкиєнестабільністькоефіцієнтівпередачіПН йФНЧ,коефіцієнтапідсилення ПКС, атакожпохибкамагнітоелектричногомікроамперметра. Причинамидодатковихпохибокє змінутемпературинавколишньогосередовища йколиваннянапругиживлення.

6.10.2.Електроннівольтметризмінноїнапруги

Структурноелектронний вольтметрзмінноїнапругивідрізняється відвольтметрівпостійноїнапругинаявністювимірювальногоперетворювачазмінноїнапруги впропорційнупостійнунапругу (чи впропорційний постійнаструм).Залежно відмісцявмиканняперетворювача (до чи послепідсилювача)відрізняютьвольтметри типуперетворювач-підсилювач й типупідсилювач-перетворювач. Упершомувипадкувимірювананапругаспочаткуперетворюється впостійну, апотімпідсилюєтьсяпідсилювачемпостійногоструму івимірюєтьсямагнітоелектричнимприладом. У іншомувипадкузміннанапругапідсилюєтьсяпідсилювачемзмінногоструму, а после цогоперетворюється впостійнунапругу.Вольтметри типуперетворювач-підсилювачхарактеризуються широкимчастотнимдіапазоном – від 20 гц до 1000 МГц, але йобмеженоючутливістю;вольтметри типупідсилювач-перетворювачє болеечутливими йдозволяютьвимірюватинапругу від 3мкВ до 300 У,проте вдещообмеженійсмузі частот.

>Перетворювачєнайважливішимелементом вольтметра,який в основномувизначає йогометрологічні характеристики.Вихіднанапругаперетворювачаможе бутипропорційною максимальному,середньомувипрямному чисередньому квадратичногозначеннювхідноїнапруги.Згідно ізцимвідрізняютьвольтметримаксимальних (>амплітудних)значень,вольтметрисередніхвипрямнихзначень тавольтметриСКЗ.

>Електроннівольтметримаксимальнихзначень >виконуються засхемоюперетворювач-підсилювач (рис.6.31,а).Функціїперетворювачазмінноїнапруги впостійнувиконуютьамплітуднідетектори ізвідкритим входом,закритим входом та їхнікомбінації.

>Рис. 6.31.Електронний вольтметрмаксимальнихзначень: а -структурна схема; б, в -принциповісхеми йчасовідіаграмидетекторів ізвідкритим йзакритим входомвідповідно

Детектор ізвідкритим входом (рис.6.31,б) працює так.Конденсатор З черездіод Дзаряджається практично до максимальногозначеннявхідноїнапруги u>вх. Умоменти годинидіод Дзакривається й конденсатор Зрозряджається через резистор R. Уінтервалах години конденсаторпідзаряджується донапруги .Ємність З конденсатора йопір R резисторавибирають такими,щоб стала години коларозряджання бувнабагатобільшою максимальногоперіодузмінивхідноїнапруги. Привиконанніцієїумови протягом годинизакритого станудіода конденсатор невстигаєпомітнорозрядитися йвихіднанапруга детектора U>вихзалишається практичнопостійною тарівною йприблизнодорівнює ,тобто U>вих ».

У детектора іззакритим входом (рис.6.31,в) конденсатор Ззаряджаєтьсямайже до максимальногозначення: .

>Вихіднанапруга детекторавизначається якрізницянапруги наконденсаторі З тавхідногосинусоїдного сигналу :

.

Отже,напруга навиході детектораєпульсуючою, томуміж детектором тапідсилювачемпостійногострумувмикаєтьсяФНЧ ,якийпропускаєлишесталускладову .

>Вхіднимелементомелектронного вольтметраєподільникнапруги.Коефіцієнтипередачіподільникавибирають такими,щоб ставленняномінальнихнапруг двохсуміжних міжвимірюваннядорівнювало , щовідповідає 10дБ.Якщовзятинапругу намінімальніймежівимірювання 100мВ, то тут длянаступних між одержимо 316мВ; 1,0; 3,16; 10; 31,6; 100; 316 У.Звичайномежівимірюваннявибираютькратними 3 та 10. Томудовжинаробочоїчастинишкалимежі,кратної 3,дещоменша, ніж намежах,кратних 10.

>Підсилювачіпостійногострумувольтметрівмаксимальнихзначень невідрізняються від таких самихпідсилювачіввольтметрівпостійноїнапруги й перед тимставляться тих самвимоги.Вониповинні матірстабільнийкоефіцієнтпідсилення тамалий дрейф нуля.

>Основнапохибкавольтметрівмаксимальнихзначеньобумовленанеточністюкоефіцієнтівпередачіподільниканапруги, детектора,неточністю йнестабільністюкоефіцієнтапідсилення ПКС,похибкоювихідногомагнітоелектричногоприладу.

>Додатковіпохибкиобумовлені, в основному,двома причинами:зміноютемпературинавколишньогосередовища тазміноючастотивимірюваноїнапруги.Змінатемпературивикликаєзмінупараметрівелементівсхеми, щопризводить дозміни режиму роботиприладу.

>Частотнапохибкавольтметрівмаксимальнихзначень вобластінизьких йвисоких частотвизначаєтьсярізними чинниками. Нанизьких частотахпохибкавиникає зарахунокзначногорозрядження конденсатора З детектора у тихпівперіодивимірюваноїнапруги, колидіодзакритий.

Уобластівисоких частот на результатвимірюваннявпливаютьіндуктивність йємністьпідвідного кабелю тавхіднаємність вольтметра.Ціпараметриутворюютьколивальний контур, резонансна (>власна) частотаякоговизначаєтьсяформулою

.

При частотахвимірюваноїнапруги ,близьких дорезонансноїчастоти контуру,напруга навходіприладу (вкінціпідвідного кабелю)можеістотноперевищувативимірюванунапругу. При цьомувідноснапохибкавимірюванняскладатиме

.

>Звідсивипливає, що принеобхідностіодержатиd>вч  виннавиконуватисянерівність .

Длязменшеннячастотноїпохибкинеобхіднорезонансну частотувхідного кола вольтметразсунути до області болеевисоких частот це у 10...12разівперевищувалаверхню між йогоробочого частотногодіапазону.Цього можнадосягтизменшеннямдовжиниз’єднувального кабелю, аотже, ізменшенням йогоіндуктивності таємності . Зцієюметою детектормонтують успеціальномувиносномукорпусі (>пробнику). Зостанньоючастиною вольтметра пробникз’єднуєтьсягнучким кабелем, вякомудіє постійнаструм.

ПривимірюванніСКЗзмінноїнапруги, формаякоївідрізняється відсинусоїдної,требавраховувати, що результатвимірюванняможе бутивикривленим. Цепояснюється тім, щовихіднанапругаамплітудного детекторапропорційна максимальномузначеннювимірюваноїнапруги, а шкалавихідногоприладупроградуйована вСКЗсинусоїдноїнапруги,тобтопозначки нациферблатівідповідаютьзначенням U = , де -коефіцієнтамплітудисинусоїди.Коефіцієнтамплітудинесинусоїднихнапругвідрізняється від йвідноснапохибкавизначенняСКЗнапруги нашкаліприладу, щодорівнює

,

>може статізначною. Так,наприклад, привимірюваннінапругипрямокутноїформи, дляякої ,похибкаскладатимемінус 29 %. Цетреба матір наувазі привимірюванняхуніверсальнимивольтметрами видуВ7,структурна схема які наведена на рис. 6.32. Схема каналувимірюванняпостійноїнапругизбігаєтьсязісхемою вольтметрапостійноїнапруги, а схема каналувимірюваннязмінноїнапруги -зісхемою вольтметразмінноїнапруги.Залежно відвхідноїнапруги (>постійна чизмінна)перемикач P.Sустановлюється увідповідний стан.

>Рис. 6.32.Структурна схемауніверсальногоелектронного вольтметра

>Вольтметризабезпечуютьвимірюванняпостійнихнапруг умежах 30мВ...300 У тазміннихнапруг умежахСКЗ 200мВ...300 У удіапазоні частот від 20 гц до 800...1000 МГц.Основнавідноснапохибка привимірюванніпостій-нихнапруг ±2,5...4 % й привимірюванніСКЗзміннихнапруг ±4...6 %.

>Вольтметрисередніхвипрямнихзначень >будуються засхемоюпідсилювач-перетворювач (рис.6.33,а), котраміститьвхіднийпристрій (дваподільникинапруги йперетворювачімпедансуПІ),підсилювач П й детекторсередньовипрямнихзначень.

Детектор (чиперетворювач)являє собоюдвопівперіодну схемувипрямлення,охопленуглибокимнегативнимзворотнимзв‘язком.Напругазворотногозв‘язкузнімається із резистора йподається навхідпідсилювача П.Завдякизворотномузв‘язкувиключаєтьсявпливдіодів накоефіцієнтперетворення,покращуються характеристикипідсилювача,зменшуєтьсянестабільність йнелінійність йогоамплітудної характеристики. Удіагональдіодного мостувмикаєтьсямагнітоелектричниймеханізм (>мікроамперметр),якийреагує насереднєвипрямнезначеннянапруги U>сер.в,проте його шкалуградуюють надсередніхвипрямнихзначенняхнапруги, аСКЗнапругисинусоїдноїформи U,тобто на шкалунаносятьпозначки, щовідповідаютьсереднімвипрямнимзначеннямнапруги,помноженим накоефіцієнтформисинусоїди : U =kфU>сер.в. Тому привимірюваннінесинусоїдноїнапругипокази вольтметра невідповідаютьїїдійсномуСКЗ.Наприклад, привимірюванніСКЗнапругипрямокутноїформи,середнєквадратичне йсереднєвипрямнезначенняякої , вольтметрсередніхвипрямнихзначеньпокаже ,тобтовідноснапохибкавимірювання +11 %.

>Вхіднийпристрій вольтметраскладається ізкомпенсованогоподільниканапруги ,перетворювачаімпедансуПІ (>підсилювача ізбезпосереднімзв‘язком) таатенюатора (рис.6.33,б).Атенюатор разом ізперемикачемS2задаємежівимірювань 3, 10, 30, 100, 300, 1000мВ.КомпенсованийподільниквмикаєтьсяперемикачемS1 намежахвимірювання 3...300 У йздійснюєослаблення сигналу в 1000разів.

>Рис. 6.33.Вольтметрсередньовипрямнихзначень:

а -структурна схема; б -принципова схемавхідного прилаштую

>Розглянута структура вольтметразабезпечуєвимірюваннясинусоїднихнапруг,починаючи ізодиницьмілівольт,дозволяєдосить просто підвищитивхіднийопір йзменшитивхіднуємність зарахуноквведення схемглибокого місцевого негативногозворотногозв‘язку.

>Вольтметрисередніхвипрямнихзначень,наприклад,типівВ3-38,В3-39забезпечуютьвимірюванняСКЗсинусоїднихнапруг удіапазоні частот від 20 гц до 5...10 МГц, їхніосновнавідноснапохибкаскладає 2,5 % умежахвимірювання 3...1000мВ й 4 % віншихмежахвимірювання,вхіднийопір не менше 4...5МОм.

>Вольтметрисередніхквадратичнихзначень >будуються засхемоюпідсилювач-перетворювач йпризначаються длявимірюванняСКЗнапругдовільноїформи.Перетворювачізмінноїнапруги впостійну (чи в постійнаструм)цихвольтметрівмаютьквадратичну характеристику. Увимірювальнійтехніціздебільшоговикористовуютьтермоелектричніперетворювачі.

УвольтметрахВ3-40,В3-42,В3-48 йдеякихіншихзастосованікомпенсаційнісхемивмиканнятермоперетворювачів, котрізабезпечуютьлінійністьфункціїперетворення й широкийчастотнийдіапазон.Структурна схема такого вольтметра наведена на рис. 6.34, йогоперетворювачмістить дватермоперетворювачіТ1,Т2 тапідсилювачпостійногоструму ПКС засхемоюмодулятор-демодулятор (МДМ).Нагрівачтермопе-

>Рис. 6.34.Структурна схема

>термоелектричного вольтметра

>ретворювачаТ1 >вмикається навихідширокосмуговогопідсилювачаШП, анагрівачтермоперетворювачаТ2 - навихід ПКС черезподільникзворотногозв’язку.Термопариувімкнутіназустріч однаодній.

>Градуювальна характеристика (й шкала) такого вольтметраєлінійною,тобто йогопоказипропорційніCКЗвхідноїнапруги Ux.

Для прикладанаведемотехнічні характеристики вольтметраВ3-57:вінзабезпечуєвимірювання вдіапазоні частот від 5 гц до 5 МГц, йогонайменша йнайбільшамежівимірюваньСКЗ 30мкВ й 300 У,основнавідноснапохибка ±1...6 %.

6.10.3.Селективнівольтметри

 

>Селективнівольтметрипризначаються длявимірюваннядужемалихзначеньсинусоїднихнапруг йгармонічнихскладовихнесинусоїднихсигналів уприсутностізавад велектричних кілках длядослідженняспектральноїщільностіпотужностішумовихсигналів тощо.Селективнімікровольтметривиконуються засхемою прямогоперетворення, їхніподіляють нанизькочастотні тависокочастотні.

>Низькочастотнийселективниймікровольтметрявляє собоюкаліброванийприймач прямогопідсилення іздвомаширокосмуговимипідсилювачамиШП1,ШП2,селективнимпідсилювачем СП йпідсилювачемзмінногоструму П (рис.6.35,а).Настроювання вмежах шкірногопіддіапазона на частотувимірюваноїгармонікивиконуєтьсявручнуздвоєнимпотенціометром R1 (грубо) йпотенціометром R2 (точно). Пронастроювання напотрібну частотусудять замаксимальним показомвихідногомагнітоелектричного вольтметра V.Вибірпіддіапазонуздійснюютьперемиканнямздвоєнихрегульованихконденсаторів З.Основнавідноснапохибканизькочастотнихселективнихмікровольтметрівскладає від % до ±10...15 %.

>Високочастотнийселективниймікровольтметр (рис.6.35,б)являє собоюсупергетеродиннийприймач ізподвійним (>інколи йпотрійним)перетвореннямчастоти.Наприклад, в одному ізселективнихмікровольтметрівпершапроміжна частота, здобуто задопомогоюзмішувачаЗм.1, гетеродинаГ1 ізплавнимперестроюваннямчастоти від 41 до70 МГц тапідсилювачапроміжноїчастоти ППЛ 1,складає 40 МГц, а другапроміжна частота, здобуто задопомогоюзмішувачаЗм.2, гетеродинаГ2 ізфіксованоючастотою 38,4 МГц тапідсилювачапроміжноїчастоти ППЛ 2,дорівнює 1,6 МГц.Такиймікровольтметрзабезпечуєвимірюваннягармоніквхідноїнапруги вмежах частот від 1 до 30 МГц.

>Рис. 6.35.Структурнісхемиселективнихвольтметрів:

 а -низькочастотного; б -високочастотного

Занаявності двох й понадпроміжних частотвдаєтьсястворитивузькосмуговіпідсилювачіпроміжноїчастоти із великим йдоситьстабільнимкоефіцієнтомпідсилення,значноюміроюзменшитичастотнупохибку селективного вольтметра вробочомудіапазоні його частот.Основнавідноснапохибкависокочастотнихмікровольтметрівдосягає 10...15 %.

>Головними причинамиосновноїпохибкиселективнихмікровольтметрівєнеточністьнастроюванняпідсилювачівпроміжноїчастоти,нелінійністьперетвореннявимірюваноїнапруги внапругупроміжноїчастоти,нестабільністькоефіцієнтапідсиленнявузькосмуговихпідсилювачів,нестабільністьрівнянапругигетеродинів йелектричнихшумів,джерелом якіє саммікровольтметр, атакождосліджуванийоб‘єкт.Причинидодатковихпохибокселективнихмікровольтметріваналогічні причин їхньоговиникнення уширокосмуговихмілівольтметрахВ3.

6.10.4.Імпульснівольтметри

>Імпульснівольтметрипризначаються длявимірюваннямаксимальнихзначеньперіодичнихвідео- йрадіоімпульсів. Широковикористовуютьсядіодно-конденсаторні таавтокомпенсаційнівольтметриімпульсноїнапруги.

>Діодно-конденсаторнівольтметривиконуються засхемоюперетворювач-підсилювач йвідрізняються відвольтметрівзмінноїнапруги тім, що їхньогошкалиградуюються надСКЗ, амаксимальнихзначенняхвимірюваноїнапруги.Точністьпоказіввольтметрів цого типузначноюміроюзалежить відшпаруватостіімпульсноїнапруги , де -періодімпульсів; -тривалістьімпульсів. Цепояснюється тім, щовихіднанапругаамплітудного детектора іззакритим входом,якийвикористовується якперетворювачімпульсноїнапруги впостійну,пропорційна неамплітуді , авеличині , де -постійнаскладова (>середнєзначення)імпульсноїнапруги.Чимбільшашпаруватість, тімменшапостійнаскладова , тімближчезначення доамплітуди й тімточніше результатвимірювання.Відноснаметодичнапохибкавимірюванняможе бутиоцінена заформулою

.

>Наприклад,якщо , то , аякщо , то .Цяпохибкасистематична длявідомогозначенняQ йможе бутискорегованавведеннямвідповідної поправки.

>Імпульснівольтметри засхемоюперетворювач-підсилювач утеперішній годину невипускаються,проте самспосібперетворенняімпульсноїнапруги впостійнувикористовується врізнихвимірювальнихпристроях.

На рис. 6.36 наведена схемаавтокомпенсаційногоімпульсного вольтметразістатичнимперетворювачем.Вольтметрмістить усобіемітернийповторювач ЄП,змонтований увиносномупробнику,подільникнапруги,відеопідсилювачП1,статичнийавтокомпенсаційнийперетворювач,вихіднийдиференціальнийавтокомпенсаційнийпідсилювач ДП тамагнітоелектричний вольтметр V.Вимірюваний сигнал череземітернийповторювач ЄП,призначений дляузгодженнявисокоговхідного опору ізнизькоомнимопоромподільниканапруги, тавідеопідсилювачП1подається навхід статичногоавтокомпенсаційногоперетворювача.

Упроцесінадходженнявимірюванихімпульсів конденсатор З1 >заряджається, аінтерваліміждвомасусіднімиімпульсамиповільнорозряджається через резистор R1,створюючи навходіпідсилювачаП2розширеніімпульси.Ціімпульсипідсилюються,детектуються,згладжуютьсяфільтром й через резисторзворотногозв‘язкунадходять на катоддіодаД1 яккомпенсуючанапруга. Уусталеномурежимі, як лишекомпенсуючапостійнанапруга,сформована наконденсаторі ,досягнерівняамплітудиімпульсноїнапруги,діодД1закривається йнадходженняімпульсів наавтокомпенсаційнийперетворювачприпиняється.Крім того,компенсаційнанапругапідсилюєтьсядиференціальнимпідсилювачем ДП йвимірюєтьсямагнітоелектричним вольтметром.

>Рис. 6.36.Структурна схемаімпульсного вольтметра ізстатичнимавтокомпенсаційнимперетворювачем

>Сучасніавтокомпенсаційніімпульснівольтметридозволяютьвимірювативідео- тарадіоімпульснісигнали від 3мВ до 1000мВ, авольтметри іззовнішнімподільником - до 100 Утривалістю від 3 нс до 100 мкс.Основнавідноснапохибкавимірюваннямаксимальнихзначеньімпульснихнапругскладає ±4...5 %.


Схожі реферати:

Навігація