Детекторы среднего квадратического значения (СКЗ)

Детекторы СКЗ делятся на аппроксимирующие детекторы (устройства, лишь приближенно дающие нужный результат) и детекторы так называемого истинного СКЗ. Преобразователи СКЗ преимущественно строятся на термоэлектрических элементах.

Рассмотрим детекторы истинного СКЗ. Они реагируют, в отличие от аппроксимирующих, именно на действительное (реальное) среднее квадратическое (действующее) значение, независимо от формы кривой входного напряжения. На рис.9.3 приведен простейший детектор истинного СКЗ, в основе которого лежит термоэлектрический преобразователь.

Рис.9.3.Варианты (а и б) устройства термоэлектрического детектора.

Входное измеряемое напряжение u (t) с помощью усилителя переменного напряжения усиливается и поступает на термоэлектрический преобразователь (ТП), содержащий две части: нагреватель (Н) и термопару (Т). Переменный ток, протекающий через Н, нагревает его до температуры, пропорциональной квадрату именно действую­щего значения входного измеряемого напряжения u (t). В непосред­ственной близости от нагревателя расположен рабочий спай тер­мопары, поэтому значение ее термоЭДС определяется темпера­турой нагревателя и, следовательно, будет пропорционально дей­ствующему значению измеряемого напряжения u (t). Усилитель по­стоянного напряжения Ус_ усиливает выходной сигнал малого уров­ня термопары. Таким образом, независимо от формы входного сигнала выходное постоянное напряжение такого детектора пропорционально именно истинному действующему значению.

Рассмотрим один из вариантов устройства такого детектора СК3 (рис. 9.3, 6). Прямой канал преобразования, как и в уже рассмот­ренной структуре, создается усилителем Ус_ и термопреобразова­телем ТП1. Чем больше СК3 входного напряжения, тем больше термоЭДС термопары ТПl и тем больше выходной ток усили­теля постоянного напряжения Ус_. Этим током нагревается нагре­ватель второго термопреобразователя ТП2 до температуры, созда­ющей термоЭДС термопары ТП2, практически равной термоЭДС термопары ТП1. Термопары обоих ТП включены встречно. Поэто­му при любых изменениях СК3 входного напряжения u (t)соответ­ственно изменяется выходной ток и, следовательно, термо­ЭДС ТП2.

Таким образом, на входе усилителя Ус_ автоматически всегда поддерживается минимальная разность Δ Е двух термоЭДС: ТПl и ТП2.Благодаря такой отрицательной обратной связи заметно по­вышаются линейность и точность преобразования. Выходной ток , протекая по вспомогательному резистору R, создает выходное напряжение детектора, пропорциональное действительному (истинному) СКЗ измеряемого входного напряжения u (t).

Основными достоинствами электронных вольтметров с термоэлектрическими детекторами являются высокая точность преобразования (до 0,1 %); широкий диапазон частот (до 10 МГц); измерение истинного СКЗ напряжения. Пожалуй, единственный недостаток таких вольтметров – сравнительно невысокое быстродействие, т.е. быстрые изменения СКЗ входного сигнала не воспринимаются сразу в силу тепловой инерционности ТП.