| |||
Реферат: АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, КУЛЬТУРЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ВУЗ АВИЭК ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ ДИСЦИПЛИНА: «Стандартизация и измерительные технологии»
Выполнил: Ст-т гр. ЗПОС-96-1 Гринев М.В. Принял: Доцент, к.т.н. Нурманов М.Ш. Алматы 2000 г. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМИ АНАЛОГОВЫМИ ВОЛЬТМЕТРАМИ Электронные аналоговые вольтметры являются первым примером электронных измерительных приборов, рассматриваемых в курсе. Среди них встречаются как вольтметры прямого преобразования, так и вольтметры сравнения. Рассмотрим принцип работы, структурные схемы и основные функциональные узлы аналоговых вольтметров прямого преобразования и сравнения. АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Структурная схема электронного аналогового вольтметра прямого
преобразования соответствует типовой схеме рис. 2.1 и, как видно из рис. [pic] сопротивлениям и измерительным трансформаторам напряжения, еще одним
способом расширения пределов измерения вольтметров. Именно этот способ
применяется в электронных вольтметрах и других радиоизмерительных приборах. Вольтметры переменного и импульсного тока в зависимости от назначения
могут проектироваться по одной из двух структурных схем (рис. 3.14),
различающихся типом ИП. В вольтметрах первой модификации (рис. 3.14, а)
измеряемое напряжение Ux^ преобразуется в постоянное напряжение Ux=,
которое затем измеряется вольтметром постоянного тока. Наоборот, в
вольтметрах второй модификации (рис. 3.14, б) измеряемое напряжение сначала
усиливается с помощью усилителя переменного тока, а затем детектируется и
измеряется. При необходимости между детектором и ИУ может быть
дополнительно включен УПТ. [pic] коэффициента деления ВУ и коэффициента усиления усилителей диапазон измеряемых напряжений может быть большим у вольтметров обеих модификаций. Тип детектора в структурных схемах рис. 3.14 определяет принадлежность вольтметров обеих модификаций к вольтметрам амплитудного, среднеквадратического или средневыпрямленного напряжения. При этом вольтметры импульсного тока (В4) проектируются только как вольтметры первой модификации, чтобы избежать искажений формы импульсов в усилителе переменного тока. При измерении напряжения одиночных и редко повторяющихся импульсов применяются либо диодно-емкостные расширители импульсов в сочетании с детекторами, либо амплитудно-временное преобразование импульсов, характерное для цифровых вольтметров. Рассмотрим теперь типовую структурную схему селективных вольтметров, которые используются при измерении малых гармонических напряжений в условиях действия помех, при исследовании спектров периодических сигналов и в целом ряде других случаев. Как видно из рис. 3.15, вольтметр представляет собой по существу супергетеродинный приемник, принцип работы которого поясняется в курсе «Радиотехнические цепи и сигналы». Частотная селекция входного сигнала осуществляется с помощью перестраиваемого гетеродина, смесителя (См) и узкополосного усилителя промежуточной частоты (УПЧ), который обеспечивает высокую чувствительность и требуемую избирательность. Если избирательность недостаточна, может быть применено двукратное, а иногда и трехкратное преобразование частоты. Кроме того, в селективных вольтметрах обязательно наличие системы автоматической подстройки частоты и калибратора. Калибратор — образцовый источник (генератор) переменного напряжения определенного уровня, позволяющий исключить систематические, погрешности из-за изменения напряжения гетеродина при его перестройке, изменения коэффициентов передачи узлов вольтметра, влияния внешних факторов и т. д. Калибровка вольтметра производится перед измерением при установке переключателя П из положения 1 в положение 2.
Рис. 3.15. Структурная схема селективного вольтметра. В заключение отметим, что в одном приборе нетрудно совместить функции измерения постоянных и переменных напряжений, а с помощью дополнительных функциональных узлов и соответствующих коммутаций (по аналогии с выпрямительными приборами) образовать комбинированные приборы, получившие название универсальных вольтметров (В7). Современные типы таких вольтметров, как правило, проектируются в виде цифровых приборов, что позволяет дополнительно расширить их функциональные возможности и повысить точность. В связи с этим особенности построения структурных схем универсальных вольтметров будут рассмотрены в работах коллег. АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ СРАВНЕНИЯ [pic] Рис. 3.16. Схема измерительного потенциометра. Электронные аналоговые вольтметры сравнения в большинстве своем
реализуют наиболее распространенную модификацию метода сравнения — нулевой
метод. Поэтому чаще они называются компенсационными вольтметрами. По
сравнению с вольтметрами прямого преобразования это более сложные, но и,
как подчеркивалось ранее более точные приборы. Кроме того, из схемы рис. Одним из основных функциональных узлов любого компенсатора является
высокоточный переменный резистор R, по шкале которого отсчитывают
измеряемое значение ЭДС (Ех) или напряжения (Ux). Поэтому компенсаторы
принято называть по ГОСТ 9245—79 измерительными потенциометрами. В качестве
образцовой меры ЭДС применяется нормальный элемент (НЭ) — электрохимический
источник, ЭДС (Еа) которого известна с очень высокой степенью точности. На первом этапе устанавливается требуемое значение Iр. Для этого
переключатель устанавливается в положение 1 и с помощью потенциометра Rp
добиваются нулевого показания индикатора И (как правило,
магнитоэлектрический гальванометр). Как видно из рис. 3.16, этому
соответствует IpRн=Eн, т. е. рабочий ток Iр, который далее должен
оставаться постоянным, будет воспроизводить в процессе измерений значение На втором этапе измеряют значение Ex(Ux). Для этого переключатель
переводится в положение 2, и изменением сопротивления потенциометра R вновь
добиваются нулевого показания И. При Iр = const этому соответствует Ex (Ux) В компенсационных вольтметрах измеряемое напряжение (постоянное,
переменное, импульсное) сравнивается с постоянным компенсирующим
напряжением, которое в свою очередь точно измеряется вольтметром
постоянного тока и является мерой Ux. Типовая структурная схема такого
вольтметра приведена на рис. 3.17. [pic] В сочетании с другими схемными решениями (применение индикатора с малым
пороговым напряжением, лампового измерительного диода со стабильной
характеристикой и др.) оказывается возможным проектировать высокоточные
компенсационные вольтметры. ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ АНАЛОГОВЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ Рассмотрим схемные решения основных функциональных узлов, определяющих метрологические характеристики аналоговых вольтметров. Большинство этих узлов применяются и в других видах электронных измерительных приборов. Входное устройство Как уже указывалось выше, ВУ предназначено для расширения пределов
измерения вольтметра. В простейшем случае оно представляет собой
аттенюатор, выполненный по резистивной (рис. 3.18, а), емкостной (рис. Наиболее простой и универсальной (для Uх= и Ux~) является схема,
представленная на рис. 3.18, а, но на высоких частотах существенное влияние
начинают оказывать паразитные емкости. Поэтому на высоких частотах
переходят либо к емкостной схеме, либо к комбинированной, которая при R1C1 Выполнение остальных требований и прежде всего обеспечение высокого входного сопротивления и минимальной входной емкости вольтметра приводит в ряде случаев к усложнению структуры ВУ. Наиболее универсальным и часто применяемым в современных вольтметрах переменного тока является ВУ, структурная схема которого представлена на рис. 3.19. Принципиальной особенностью данной схемы является изменение Uв с помощью низкоомного резистивного аттенюатора с постоянным входным и выходным импедансом. Это повышает точность измерения Ux~, но требует введения в структуру ВУ преобразователя импеданса (ПИ), обеспечивающего трансформацию высокого входного сопротивления вольтметра в малое входное сопротивление аттенюатора. В качестве ПИ наиболее часто используют повторитель напряжения на полевом транзисторе с глубокой отрицательной обратной связью. С помощью [pic] [pic] Рис. 3.19. Структурная схема универсального входного устройства. входного делителя напряжения (ВДН) предусматривается дополнительная
возможность расширения пределов измерения вольтметра. ВДН представляет
собой фиксированный делитель резистивно-емкостного типа (см. рис. 3.18, в) Усилители
Детектор Тип детектора определяет, как уже указывалось, принадлежность вольтметров переменного тока к вольтметрам амплитудного, среднеквадратического или средневыпрямленного напряжения. В соответствии с этим сами детекторы классифицируются следующим образом: по параметру Ux~^ которому соответствует ток или напряжение в выходной цепи детектора: пиковый детектор, детекторы среднеквадратического и средневыпрямленного значений напряжения; по схеме входа: детекторы с открытым и закрытым входом по постоянному напряжению; по характеристике детектирования: линейные и квадратичные детекторы. [pic] Пиковый детектор — это детектор, выходное напряжение которого непосредственно соответствует t/max или > U3, то тогда окончательно U3 ( Uск, т. е. шкала ИУ будет равномерной. Детектор средневыпрямленного значения— это преобразователь переменного
напряжения в постоянный ток, пропорциональный Uсв. Схемно он базируется на
двухполупериодном полупроводниковом выпрямителе, рассмотренном при анализе
выпрямительных амперметров (см. § 3.4.1). Необходимо, однако, добавить, что
линейность характеристики таких детекторов будет тем лучше, чем больше Uх~
|
|