Вольтметр постоянного тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОННОГО ВОЛЬТМЕТРА

Цель работы: Изучить устройство и принцип действия электронного вольтметра. Научится проводить измерение напряжения и сопротивления с помощью электронного вольтметра. Изучить способы поверки электронного вольтметра.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электронные вольтметры выполняются на основе двух методов:

- метод сравнения

- метод прямого действия

Метод сравнения (рис.1)

В соответствии со структурной схемой измеряемая

Рис.1. Структурная схема метода сравнения

величина Х и воспроизведенная мерой величина сравнения Х_М подаются на блок сравнения С_Х. Цепь прямого преобразования П₁ - П_N обеспечивает передачу сигнала измерительной информации (Х - Х_М) к регистрирующему устройству Пр, а цепь обратной связи обеспечивает изменение величины X_M.

Метод прямого действия (рис.2)

Рис.2. Структурная схема прямого метода

Измерительная цепь П₁ – П_N преобразующих элементов, преобразует сигнал измерительной информации, которая подается на измерительный механизм или регистрирующее устройство П_р.

 

Основные узлы схемы, преобразователи – представляют собой нелинейные элементы. Протекающий по ним ток содержит постоянную составляющую несущую информацию о величине измеряемого сигнала и составляющие частот кратные частоте измеряемого сигнала. Технически проще выделить постоянную составляющую сигнала, которая связана функциональной зависимостью с измеряемым напряжением.

В этом случае последовательность преобразования следующая: преобразование измеряемого напряжения на нелинейном элементе, выделение постоянной составляющей, усиление, измерение с помощью показывающего прибора.

В качестве нелинейных элементов используют три типа преобразователей:

1. Нелинейный элемент с квадратичной характеристикой. Применяются для измерения действующего значения напряжения. Такие вольтметры называются квадратичными.

Ток, протекающий по измеряемой цепи

; (1)

где I_ср – ток, протекающий по измерительной цепи, А;

Т – период исследуемого сигнала;

i – мгновенное значение тока за исследуемый период, А.

2. Нелинейные элементы с линейным участком характеристики. Используют двухполупериодное выпрямление. Постоянная составляющая пропорциональна средневыпрямленному значению напряжения. Зависимость тока от напряжения близка к линейной. Вольтметры называются линейными.

3. Нелинейный элемент с устройством памяти. Используют для регистрации пиковых значений измеряемой величины. Измеряют не постоянную составляющую, а пиковое значение. Может быть отградуирован, как для амплитудных значений, так и для действующий (для синусоиды).

Для усиления сигнала используют усилитель постоянного и переменного напряжения. Вольтметры, имеющие усилители работают в узком частотном диапазоне, не имеющие их менее чувствительны, но рабочий диапазон частот шире.

Отсчет измеряемого значения производится по стрелочному прибору или с помощью цифрового устройства.

Рис.3. Структурная схема электронного вольтметра

Рис.3. Структурная схема электронного вольтметра

Структурная схема электронного вольтметра состоит из двух основных блоков (рис.3). Неизвестное напряжение через добавочное сопротивление R₁ и R₂ поступает на вход усилителя 1, где усиливается до необходимого уровня. Выходной ток с усилителя постоянного тока поступает на измерительный механизм 2 магнитоэлектрического прибора. Так как коэффициент усиления носит линейный характер, то угол поворота подвижной части составит:

Д

U

k

α

·

=

; (2)

где a - угол поворота подвижной части, град;

k – коэффициент усиления;

U_Д – действующее значение напряжения, В.

По измеряемой величине электронные вольтметры можно разделить на три типа:

- напряжение постоянного тока

- напряжение переменного тока

- сопротивление (омметр)

Электронный вольтметр для измерения переменного тока может, структурно выполнятся на двух схемах преобразования.

- детектор-усилитель – неизвестное напряжение сначала преобразовывается, а затем усиливается. Схема имеет более узкий диапазон частот и большую точность.

- усилитель-детектор – имеет более широкий частотный диапазон, при небольшой точности. Неизвестное напряжение усиливается и затем преобразовывается.

Вращающий момент и угол поворота стрелки пропорционален среднему значению измеряемого напряжения. Электронные вольтметры как более чувствительные применяются в цепях с малой мощностью.

Достоинства: высокая чувствительность, независимость показаний от частоты и формы кривой, малая мощность потерь, большое входное сопротивление

Недостатки: невысокая точность, наличие дополнительного блока питания, необходимость новой градуировки при замене лампы.

Лабораторная работа будет проводиться с помощью универсального вольтметра ВУ-15. Прибором производится измерение постоянного, переменного тока и сопротивления элементов. Конструктивно оформлен в виде отдельных блоков.

Вольтметр постоянного тока

Состоит из входного делителя постоянного напряжения с входным сопротивлением 15 МОм. Усилитель выполнен на двойных триодах по двухкаскадной балансовой схеме. Обеспечивается стабилизация подаваемого на вход напряжения. На входе в усилитель подключаются добавочные сопротивления и шунты для точной установки пределов измерения.