Аналоговые электронные измерительные приборы.

Электронные измерительные приборы

Все электронные приборы можно подразделить на две большие группы: аналоговые электронные приборы со стрелочным oтсчетом и приборы дискретного типа с цифровым отсчетом.

В зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин все электронные измерительные приборы также подразделяются на группы:

В — приборы для измерения напряжений: В1 — калибраторы В2 — вольтметры постоянного тока; ВЗ — вольтметры переменного тока; В4 — вольтметры импульсного тока; В6 — вольтметры селективные; В7 — вольтметры универсальные.

Г — измерительные усилители и генераторы: ГЗ — генераторы гармонических колебаний низкочастотные; Г4 — генераторы гармонических колебаний высокочастотные; Г5 — генераторы импульсные; Гб — генераторы функциональные.

Е — приборы для измерения распределенных параметров элек трических цепей. Группа С — приборы для наблюдения за формо сигналов и ее исследования. Группа Ч — частотомеры.

Ф — измерители фазового сдвига и т. д.

Электронные приборы по сравнению с электромеханическим обладают значительным быстродействием, широкими частотны) диапазоном (20 Гц... 1000 МГц) и диапазоном измеряемых вели чин, высокой чувствительностью, хорошей перегрузочной способностью.

Аналоговые электронные измерительные приборы.

Такие приборы состоят из электронной части, предназначенной для преобразования, выпрямления, усиления электрической величины, измерительного механизма магнитоэлектрической системы, а осциллографах — электронно-лучевой трубки.

Аналоговые электронные приборы используются в качестве вольтметров, частотомеров, осциллографов, измерителей сопротивления, емкости, индуктивности, параметров транзисторов, интегральных схем и др.

' Электронные вольтметры (ЭВ) составляют наиболее обширную группу электронных приборов. Основное их назначение — измерение напряжения в цепях постоянного, переменного тока в широком диапазоне частот.

Электронные вольтметры можно классифицировать по следующим признакам:

• по способу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;

• назначению — приборы постоянного, переменного, импульсного напряжений, универсальные (постоянного и переменного напряжений) и селективные (с частотно-избирательными свойствами);

• характеру измеряемого напряжения — амплитудные (пиковые), действующего и среднего значений;

• частотному диапазону — низкочастотные и высокочастотные.

Электронные вольтметры постоянного тока. Структурная схема ЭВ постоянного тока представлена на рис. 1.

Измеряемое напряжение постоянного тока поступает на входное устройство (ВУ), представляющее собой многопредельный высокоомный резисторный делитель напряжения. Сигнал с ВУ поступает на вход усилителя постоянного тока (УПТ), который помимо функций усиления сигнала по напряжению и мощности согласует высокое выходное сопротивление ВУ с малым сопротивлением рамки измерительного механизма (ИМ) магнитоэлектрической системы.

 

Рис. 1

Уравнение преобразования такого вольтметра:

где K_BУ, К_упт, К_в — коэффициенты преобразования ВУ, УПТ и электронного вольтметра соответственно; S_им — чувствительность ИМ по напряжению;

Входное сопротивление электронных вольтметров составляет десятки мегаом, что практически исключает их влияние на объект измерения.

При измерении малых напряжений начинает сказывается дрейф нуля УПТ, поэтому в электронных микровольтметрах исключают УПТ, постоянный ток преобразовывают с помощью модулятора в переменный и используют усилитель переменного напряжения.

Технические характеристики: диапазон измеряемых напряжений для вольтметров — 10 мВ до 1000 В и 10^-8... 1 В для микровольтметров. Классы точности — 1,5; 2,5. Шкала — линейная.

Электронные вольтметры переменного тока. Упрощенные струк-. турные схемы вольтметров переменного тока приведены на рис. 2

Структурная схема, приведенная на рис. 2, а, используется в вольтметрах для измерения напряжений значительного уровня Измеряемое напряжение после прохождения частотно-компенсированного делителя (ВУ) преобразуется детектором (Д) в напряжение постоянного тока, которое усиливается УПТ и поступает на ИМ магнитоэлектрической системы. Частотные характеристики таких вольтметров определяются только входным устройством и детектором и составляют от 10 Гц до 1 ГГц. Диапазон измеряе­мых напряжений начинается с 0,1 В и выше.

Вторая структурная схема (рис. 2, б) применяется в милливольтметрах, поскольку обладает большей чувствительностью за счет использования дополнительного усилителя. Измеряемое напряжение после прохождения входного устройства (ВУ) поступает на вход усилителя переменного напряжения (УН), далее на вход детектора (Д) и через усилитель постоянного тока (УПТ) на измерительный механизм (ИМ). Частотный диапазон таких приборов определяется частотными характеристиками усилителя переменного тока (трудно изготовить широкополосный усилитель переменного тока) и ограничивается до 1 МГц. Диапазон измеряемых напряжений составляет от единиц милливольт до нескольких сотен вольт.

Элементная база, используемая при создании вольтметров переменного тока, определяется существующим уровнем техники (от полупроводниковых образцов до микроинтегрального исполнения), а функциональное назначение блоков схемы при этом не меняется.

Важным элементом, существенно влияющим на метрологиче­ские характеристики вольтметров, являются детекторы, выполняющие функцию преобразователей переменного напряжения в

Рис. 2. Упрощенные структурные схемы: а — электронного вольтметра; б — электронного милливольтметра

постоянное напряжение. Напряжение на выходе детектора может быть пропорционально амплитудному, средневыпрямленному и среднему квадратическому значению измеряемого напряжения. Тип детектора определяет эксплуатационные свойства вольтметра. Так, вольтметры с амплитудными детекторами являются самыми высокочастотными; вольтметры с детекторами среднего квадратического (действующего) значения измеряют напряжение любой формы; вольтметры среднего (средневыпрямленного) значения пригодны для измерения только гармонического сигнала. Шкалу электронных вольтметров обычно градуируют в действующих значениях синусоидального сигнала.

Электронный вольтметр среднего значения. Простейший вольтметр для измерения относительно высоких напряжений может быть выполнен по структурной схеме, представленной на рис. 2, а. Выпрямитель состоит из полупроводниковых диодов, работающих на линейном участке вольт-амперной характеристики. Широкий диапазон измерений ЭВ обеспечивается с помощью входного делителя.

Достоинства: диапазон измеряемых напряжений — по частоте от 10 Гц до 10 МГц, по напряжению от 1 мВ до 300 В.

Недостатки: показания ЭВ среднего значения зависят от формы кривой К_ф измеряемого напряжения.

Амплитудный электронный вольтметр (диодно-конденсаторный). Показания такого ЭВ пропорциональны амплитудному значению измеряемого напряжения. Такие вольтметры позволяют измерять амплитуду импульсов с минимальной длительностью до десятых долей микросекунды и скважностью 2...500. Верхняя граница частотного диапазона измерения определяется частотными свойствами диода, значениями монтажных емкостей и индуктивностью подводящих проводов, нижняя граница — постоянной времени разряда конденсатора (чем больше ее значение, тем ниже граничная частота).

Диодные (как и транзисторные) амплитудные детекторы при малых напряжениях вносят в измеряемый сигнал значительные нелинейные искажения, поэтому в последнее время применяют амплитудные детекторы на интегральных микросхемах — операционных усилителях.

Достоинства: диапазон измерений по частоте от 20 Гц до 1000 МГц, по напряжению от 100 мВ до 1000 В; классы точности — 4,0; 10,0; входное сопротивление — 100 кОм...5 МОм.

Недостатки: зависимость показаний ЭВ от формы сигнала.

Электронный вольтметр действующего значения. В схеме такого ЭВ выпрямитель состоит из полупроводниковых диодов, использующих квадратичный участок вольт-амперной характеристики. Для Увеличения протяженности этого участка используются преобразователи на диодных цепочках. Основное достоинство этих преобразователей заключается в независимости показаний на выходе от формы кривой измеряемого напряжения. Для расширения пределов измерения ЭВ на переменном токе используются емкостные делители напряжения.

Достоинства: высокая чувствительность (за счет усилительных свойств); малое потребление энергии; диапазон измерений по частоте от 20 Гц до 50 МГц, по напряжению от 1 мВ до 1000 В; классы точности — 2,5; 4,0; 10,0; 15,0.

Недостатки: высокая стоимость; ограниченная точность; необходимость переградуировки при замене элементной базы.

Электронный омметр. Он представляет собой электронный вольтметр постоянного тока, имеющий измерительную схему, преобразующую измеряемое сопротивление в пропорциональное ему постоянное напряжение. Шкалу такого вольтметра градуируют в единицах измеряемого сопротивления и применяют его в качестве омметра. Расширение пределов измерения осуществляется с помощью образцовых резисторов.

Технические характеристики: большое входное сопротивление; диапазон измерения от 10 Ом до 1000 МОм; погрешность измерения — 2...4%; возможно измерение очень больших сопротивлений (тераомметры) с погрешностью до 10%.

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: