Электронные вольтметры постоянного тока

Электронные аналоговые приборы

Электронные аналоговые приборы и преобразователи представляют собой средства измерений, в которых преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с помощью аналоговых электронных устройств. Выходной сигнал таких средств является непрерывной функцией измеряемой величины. Электронные приборы и преобразователи применяют при измерении практически всех электрических величин: напряжения, тока, частоты, мощности, сопротивления и т. д.

В электронных вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется с помощью аналоговых электронных устройств в постоянный ток, который подается на магнитоэлектрический измерительный механизм со шкалой, градуированной в единицах напряжения. Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых напряжений (от десятков нановольт на постоянном токе до десятков киловольт), большим входным сопротивлением (более 1 МОм), могут работать в широком частотном диапазоне (от постоянного тока до частот порядка сотен мегагерц). Эти достоинства обусловили широкое распространение электронных вольтметров. вольтметров. По своему назначению и принципу действия наиболее распространенные вольтметры могут быть подразделены на вольтметры постоянного тока, переменного тока, универсальные.

Структурная схема таких вольтметров показана на рис. 4.15, где ВД -входной делитель напряжения; УПТ - усилитель постоянного тока; ИМ - магнитоэлектрический измерительный механизм.

Рис. 4.15. Структурная схема электронного

вольтметра постоянного тока

Угол отклонения указателя измерительного механизма

(4.28)

где k _ВД и k _УПТ — коэффициенты преобразования (усиления) соответственно ВД и УПТ, S_и —чувствительность по напряжению измерительного механизма; k_v — коэффициент преобразования электронного вольтметра; U_x — измеряемое напряжение.

Главным недостатком такой схемы является нестабильность работы УПТ, характеризующейся изменением k_УПТ и дрейфом «нуля» (самопроизвольным изменением выходного сигнала) усилителя. Поэтому в таких вольтметрах, как правило, k_УПТ ≈ 1, а основное назначение УПТ — обеспечить большое входное сопротивление вольтметра. В связи с этим верхний предел измерений таких вольтметров не бывает ниже десятков или единиц милливольт.

Для уменьшения влияния нестабильности УПТ в вольтметрах предусматривают возможность регулировки перед измерением «нуля» и коэффициента преобразования усилителя.

Для создания высокочувствительных вольтметров постоянного тока (микровольтметров) применяют усилители постоянного тока, построенные по схеме М - ДМ (модулятор — демодулятор), показанной на рис. 4.16,а, где М - модулятор; ДМ - демодулятор; Г - генератор; У_~ - усилитель переменного тока. Усилители переменного тока не пропускают постоянную составляющую сигнала, и поэтому у них отсутствует дрейф «нуля», характерный для УПТ. На рис. 4.16, б показана упрощенная временная диаграмма напряжений на выходе отдельных блоков.

Генератор управляет работой модулятора и демодулятора, представляющих собой в простейшем случае аналоговые ключи, синхронно замыкая и размыкая их с некоторой частотой. На выходе модулятора возникает однополярный импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому напряжению. Переменная составляющая этого сигнала усиливается усилителем У_~, а затем выпрямляется демодулятором. Применение управляемого демодулятора делает вольтметр чувствительным к полярности входного сигнала.

Среднее значение напряжения выходного сигнала пропорцио­нально входному напряжению U_СР = kU_x- Поскольку такая схема усилителя позволяет практически убрать дрейф «нуля» и имеет стабильный коэффициент усиления, коэффициент k может достигать больших значений, например k = 3,33·10⁵ для микровольтметра В2-25. Вследствие этого у микровольтметров верхний предел измерений при наивысшей чувствительности может составлять единицы микровольт. Так, микровольтметр постоянного тока В2-25 имеет верхние пределы измерений 3, 10—300, 1000 мкВ при основной приведенной погрешности ±(0,5—6).%.