Учебное пособие: Вольтметри. Електроні вольтметри

.

Звідси випливає, що при необхідності одержати d_вч повинна виконуватися нерівність .

Для зменшення частотної похибки необхідно резонансну частоту вхідного кола вольтметра зсунути в область більш високих частот так, щоб вона в 10...12 разів перевищувала верхню межу його робочого частотного діапазону. Цього можна досягти зменшенням довжини з’єднувального кабелю, а отже, й зменшенням його індуктивності та ємності . З цією метою детектор монтують у спеціальному виносному корпусі (пробнику). З останньою частиною вольтметра пробник з’єднується гнучким кабелем, в якому діє постійний струм.

При вимірюванні СКЗ змінної напруги, форма якої відрізняється від синусоїдної, треба враховувати, що результат вимірювання може бути викривленим. Це пояснюється тим, що вихідна напруга амплітудного детектора пропорційна максимальному значенню вимірюваної напруги, а шкала вихідного приладу проградуйована в СКЗ синусоїдної напруги, тобто позначки на циферблаті відповідають значенням U = , де - коефіцієнт амплітуди синусоїди. Коефіцієнт амплітуди несинусоїдних напруг відрізняється від і відносна похибка визначення СКЗ напруги на шкалі приладу, що дорівнює

,

може стати значною. Так, наприклад, при вимірюванні напруги прямокутної форми, для якої , похибка складатиме мінус 29 %. Це треба мати на увазі при вимірюваннях універсальними вольтметрами виду В7, структурна схема яких наведена на рис. 6.32. Схема каналу вимірювання постійної напруги збігається зі схемою вольтметра постійної напруги, а схема каналу вимірювання змінної напруги - зі схемою вольтметра змінної напруги. Залежно від вхідної напруги (постійна чи змінна) перемикач S установлюється у відповідний стан.

Рис. 6.32. Структурна схема універсального електронного вольтметра

Вольтметри забезпечують вимірювання постійних напруг у межах 30 мВ...300 В та змінних напруг у межах СКЗ 200 мВ...300 В у діапазоні частот від 20 Гц до 800...1000 МГц. Основна відносна похибка при вимірюванні постій-них напруг ±2,5...4 % і при вимірюванні СКЗ змінних напруг ±4...6 %.

Вольтметри середніх випрямних значень будуються за схемою підсилювач-перетворювач (рис. 6.33,а), яка містить вхідний пристрій (два подільники напруги і перетворювач імпедансу ПІ), підсилювач П і детектор середньовипрямних значень.

Детектор (або перетворювач) являє собою двопівперіодну схему випрямлення, охоплену глибоким негативним зворотним зв‘язком. Напруга зворотного зв‘язку знімається з резистора і подається на вхід підсилювача П. Завдяки зворотному зв‘язку виключається вплив діодів на коефіцієнт перетворення, покращуються характеристики підсилювача, зменшується нестабільність і нелінійність його амплітудної характеристики. В діагональ діодного мосту вмикається магнітоелектричний механізм (мікроамперметр), який реагує на середнє випрямне значення напруги U_сер.в , проте його шкалу градуюють не в середніх випрямних значеннях напруги, а в СКЗ напруги синусоїдної форми U, тобто на шкалу наносять позначки, що відповідають середнім випрямним значенням напруги, помноженим на коефіцієнт форми синусоїди : U = k_ф U_сер.в . Тому при вимірюванні несинусоїдної напруги покази вольтметра не відповідають її дійсному СКЗ. Наприклад, при вимірюванні СКЗ напруги прямокутної форми, середнє квадратичне і середнє випрямне значення якої , вольтметр середніх випрямних значень покаже , тобто відносна похибка вимірювання +11 %.

Вхідний пристрій вольтметра складається з компенсованого подільника напруги , перетворювача імпедансу ПІ (підсилювача з безпосереднім зв‘язком) та атенюатора (рис. 6.33,б). Атенюатор разом з перемикачем S2 задає межі вимірювань 3, 10, 30, 100, 300, 1000 мВ. Компенсований подільник вмикається перемикачем S1 на межах вимірювання 3...300 В і здійснює ослаблення сигналу в 1000 разів.

Рис. 6.33. Вольтметр середньовипрямних значень:

а - структурна схема; б - принципова схема вхідного пристрою

Розглянута структура вольтметра забезпечує вимірювання синусоїдних напруг, починаючи з одиниць мілівольт, дозволяє досить просто підвищити вхідний опір і зменшити вхідну ємність за рахунок введення схем глибокого місцевого негативного зворотного зв‘язку.

Вольтметри середніх випрямних значень, наприклад, типів В3-38, В3-39 забезпечують вимірювання СКЗ синусоїдних напруг у діапазоні частот від 20 Гц до 5...10 МГц, їх основна відносна похибка складає 2,5 % у межах вимірювання 3...1000 мВ і 4 % в інших межах вимірювання, вхідний опір не менше 4...5 МОм.

Вольтметри середніх квадратичних значень будуються за схемою підсилювач-перетворювач і призначаються для вимірювання СКЗ напруг довільної форми. Перетворювачі змінної напруги в постійну (або в постійний струм) цих вольтметрів мають квадратичну характеристику. У вимірювальній техніці здебільшого використовують термоелектричні перетворювачі.

У вольтметрах В3-40, В3-42, В3-48 і деяких інших застосовані компенсаційні схеми вмикання термоперетворювачів, які забезпечують лінійність функції перетворення і широкий частотний діапазон. Структурна схема такого вольтметра наведена на рис. 6.34, його перетворювач містить два термоперетворювачі Т1, Т2 та підсилювач постійного струму ППС за схемою модулятор-демодулятор (МДМ). Нагрівач термопе-

Рис. 6.34. Структурна схема термоелектричного вольтметра

ретворювачаТ1 вмикається на вихід широкосмугового підсилювача ШП, а нагрівач термоперетворювача Т2 - на вихід ППС через подільник зворотного зв’язку. Термопари увімкнуті назустріч одна одній.

Градуювальна характеристика (і шкала) такого вольтметра є лінійною, тобто його покази пропорційні CКЗ вхідної напруги U_x .

Для прикладу наведемо технічні характеристики вольтметра В3-57: він забезпечує вимірювання в діапазоні частот від 5 Гц до 5 МГц, його найменша і найбільша межі вимірювань СКЗ 30 мкВ і 300 В, основна відносна похибка ±1...6 %.

6.10.3. Селективні вольтметри

Селективні вольтметри призначаються для вимірювання дуже малих значень синусоїдних напруг і гармонічних складових несинусоїдних сигналів у присутності завад в електричних колах для дослідження спектральної щільності потужності шумових сигналів тощо. Селективні мікровольтметри виконуються за схемою прямого перетворення, їх поділяють на низькочастотні та високочастотні.

Низькочастотний селективний мікровольтметр являє собою калібрований приймач прямого підсилення з двома широкосмуговими підсилювачами ШП1, ШП2, селективним підсилювачем СП і підсилювачем змінного струму П (рис. 6.35,а). Настроювання в межах кожного піддіапазона на частоту вимірюваної гармоніки виконується вручну здвоєним потенціометром R₁ (грубо) і потенціометром R₂ (точно). Про настроювання на потрібну частоту судять за максимальним показом вихідного магнітоелектричного вольтметра V. Вибір піддіапазону здійснюють перемиканням здвоєних регульованих конденсаторів C. Основна відносна похибка низькочастотних селективних мікровольтметрів складає від % до ±10...15 %.