Курсовая работа: Электронный вольтметр переменного тока действующих значений

Рис. 2.3

Первые четыре элемента, представленные на рис. 2.3, образуют масштабный преобразователь, следующие три – преобразователь действующих значений, а последний – измерительный механизм (ИМ).

Из-за сложности конструирования многопредельного входного высокоомного делителя и для получения требуемого входного сопротивления прибора и точности измерения, входной блок прибора строят на основе одноступенчатого входного делителя, повторителя напряжения и многоступенчатого низкоомного делителя (аттенюатора).

ВД – входной делитель. Представляет собой пассивный одноступенчатый делитель. Состоит из высокоомных сопротивлений, чтобы переключения ВД не сильно изменяли входное сопротивление прибора и корректирующих конденсаторов, чтобы коэффициент деления не зависел от частоты.

ПИ – преобразователь импеданса. Реализован на операционном усилителе КР140УД26 с полной обратной связью и представляет собой повторитель напряжения. Предназначен для согласования сопротивлений входного делителя и аттенюатора.

Атт. – аттенюатор. Осуществляет реализацию нескольких пределов измерения путем деления входной величины на разные коэффициенты. Строится таким образом, чтобы его выходное сопротивление не было в зависимости от предела измерения.

У – однопредельный активный усилитель с постоянным коэффициентом преобразования. Должен обладать малым дрейфом нуля, низким порогом чувствительности, большим диапазоном частот пропускания. Предназначен для получения необходимого коэффициента усиления. Для усиления только переменной составляющей тока перед усилителем необходимо расположить разделительную цепь, которая устранит постоянную составляющую тока.

Преобразователь действующих значений (ПДЗ) предназначен для преобразования переменного тока в постоянный. Может быть реализован двумя способами: с использованием логарифмирующих и антилогарифмирующих устройств; с помощью нелинейных преобразователей с квадратичной характеристикой и устройства, извлекающего квадратный корень. При использовании первого способа преобразователь получается достаточно сложным и имеет небольшую точность преобразования. Структура ПДЗ состоит из следующих трёх блоков:

Кв. ФП – квадратирующий функциональный преобразователь.

УУ – усредняющее устройство.

ФП ИК – функциональный преобразователь, реализующий извлечение квадратного корня.

В данном проекте ПДЗ выполнен на квадратичном преобразователе, основанном на множительно-делительном устройстве на управляемых проводимостях. На входе такого квадратичного преобразователя нет необходимости использовать устройство выделения модуля.

Расчет элементов и узлов прибора

1.1 Расчет входного делителя

Сопротивление входного делителя и входное сопротивление прибора должны быть не менее заданного в техническом задании входного сопротивления прибора, т.е. не менее 2.5 МОм.

Рис. 3.1

С резистора R₂ на вход преобразователь импеданса подается напряжение U_ВЫХ , составляющее часть измеряемого напряжения U_{В X} , задаваемое коэффициентом умножения K равным 0.001, т.е. входной делитель делит входное напряжение на 1000.

, (3.1.1)

где ;

R_П – входное сопротивление преобразователя импеданса. R_П » 10⁹ Ом.

Сопротивление R_П >> (R₂ + R₃ ), поэтому можно считать, что R_2П » (R₂ + R₃ ). Для обеспечения требуемого входного сопротивления прибора R_вх необходимо выполнение условия:

, (3.1.2)

где .

Следовательно,

. (3.1.3)

Зная входное сопротивление преобразователя импеданса R_П и входное сопротивление R_вх электронного вольтметра, можно найти R_Д :

[МОм].(3.1.4)

Из формул (3.1.2) и (3.1.3) следует, что