Электронные вольтметры

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

ВлАлтайский государственный технический университет имени И.И.ПолзуноваВ»

РЕФЕРАТ По курсу: ВлАналоговые измерительные приборыВ»

Тема: ВлЭлектронные вольтметрыВ»

Выполнил: студент гр. ИИТТ-22

Меркулов И.В.

Проверил: Максачук А.И.

Бийск 2004 г.

Введение

Электронным вольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки.

В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. ЭлектронВнный преобразователь может быть ламповым или полупроводникоВнвым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический.

Измерительный механизм

Рис.2.2

Электронный вольтметр состоит из ИЦ, ИМ и ОУ. Конструктивно измерительный механизм может быть выполнен лиВнбо с подвижным магнитом, либо с подвижной катушкой. На рис. 2.2 покаВнзана конструкция прибора с подвижной катушкой.

Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма.

В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное равномерВнное радиальное магнитное поле, в котором находится подвижная прямоугольная катушВнка 4, намотанная медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (примеВнняют и бескаркасные рамки). Катушка (рамВнка) может поворачиваться в зазоре на полуВносях 5 и 6. Спиральные пружины 7 и 8 создаВнют противодействующий момент и испольВнзуются для подачи измеряемого тока от выходных зажимов прибора в рамку (мехаВннические и электрические соединения на риВнсунке не показаны). Рамка жестко соединена и со стрелкой 9. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики 10. Проходя по проводникам обмотки рамки, ток взаимоВндействует с магнитным потоком постоянного магнита, что вызывает поВнявление механических сил F, создающих вращающий момент Мвр, стреВнмящийся повернуть рамку.

Мвр = I*B*S*w, где

I - ток, протекающий по обмотке,

B тАУ магнитная индукция в воздушном зазоре

S тАУ площадь

w тАУ число витков обмотки

Это уравнение является выражением вращающего моВнмента для всех электронный вольтметров. Противодействующий момент в приборах необходим для создания однозначного соответствия измеряемой величины определенному углу отклонения подвижной части. В случае, когда противодействующий момент создается спиральной пружиной, противодействующий момент будет

Мпр = Da, (2.2)

где D тАФ удельный противодействующий момент, зависящий от геометВнрических размеров и материала пружины (растяжек).

Электронные вольтметры подразделяют на:

1. Установки для поверки вольтметров

2. Вольтметры постоянного тока

3. Вольтметры переменного тока

4. Вольтметры импульсного тока

5. Фазочувствительные

6. Селективные

7. Универсальные

1. Установки для поверки вольтметров тАУ это приборы, предназначенные для настройки, регулирования и поверки измерителей напряжения. Основой для этих приборов служит источники напряжения калиброванного уровня.

2. Отличительной особенностью электронных вольтметров на постоянном токе тАУ их большое входное сопротивление, благодаря этому их можно применять для измерения напряжения на участке цепи.

3. Наиболее распространенными и универсальными приборами являются электронные вольтметры переменВнного тока. У них высокая чувствительность и широкие пределы измерений, которые при исВнпользовании усилителей и делителей напряжения охватывают обВнласть напряжений от единиц микровольт до тысяч вольт; малая входная емкость (единицы пикофарад) и высокое входное активное сопротивление (до десятков мегом); обширный диапазон рабочих частот (от десятков герц до сотен мегагерц); способность выдержиВнвать большие перегрузки.

4. Импульсные предназначены, для измерения одиночных и повторяющихся импульсных и импульсно-моделирующих напряжений в диапазоне длительности от нескольких наносекунд до десятков миллисекунд. Некоторые импульсные используются для измерения амплитудных значений напряжения на переменном токе. Кроме того, можно использовать для измерения постоянного напряжения.

5. Фазочувствительные вольтметры применяются при сняВнтии амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик различных низкоВнчастотных четырехполюсников тАФ усилителей, фильтров и др.

6. Селективные - электронные вольтметры, на входе которых предусмотрены избирающие, подстраивающие устройства. Ими можно измерять высокочастотные напряжения в присутствии помех.

7. Универсальные. Измеряют напряжение, как на постоянном, так и на переменном токе. Позволяют измерять силу тока в цепях постоянного тока.

Вольтметры постоянного тока

Входное устройство		Усилитель постоянного тока		Измерительный механизм

Рис.2.28

Где ВУ тАУ входное устройство, УПТ тАУ усилитель постоянного тока, ИМ тАУ магнитоэлектрический измерительный механизм.

Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 2.28. Измеряемое напряжение V подается на входное устройство, представляющее собой многопредельный высокоомный делитель на резисторах. С делителя напряжение поступает на усиВнлитель постоянного тока и далее тАФ на измерительный механизм. ДеВнлитель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высоВнкого сопротивления входной цепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма.

Последовательное соединение делителя напряжения и усилиВнтеля является характерной особенностью построения всех элекВнтронных вольтметров. Такая структура позволяет делать вольтВнметры высокочувствительными и многопредельными за счет изВнменения в широких пределах их общего коэффициента преобразования. Однако повышение чувствительности вольтВнметров постоянного тока путем увеличения коэффициента усилеВнния УПТ наталкивается на технические трудности из-за нестаВнбильности работы УПТ, характеризующейся изменением kУПT и дрейфом ВлнуляВ» (самопроизвольным изменением выходного сигнала) усилителя. Поэтому в таких вольтметрах, как правило, kУПT тЙИ1, а основное назначение УПТ тАФ обеспечить большое входное сопротивление вольтметра. В связи с этим верхний преВндел измерений таких вольтметров не бывает ниже десятков или единиц милливольт.

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

Угол отВнклонения указателя измерительного механизма О± = kВУkУПTSUUx= =kVUx, где kВУ, kУПT тАФ коэффициенты преобразования (усилеВнния) соответственно ВУ и УПТ, SU тАФчувствительность по наВнпряжению измерительного механизма; kV тАФ коэффициент преВнобразования электронного вольтметра; Ux тАФ измеряемое напряВнжение.

Для создания высокочувствительных вольтметров постоянноВнго тока (микровольтметров) применяют усилители постоянного тока, построенные по схеме М тАФ ДМ (модулятор тАФ демодуляВнтор).

Генератор управляет работой модулятора и демодулятора, предВнставляющих собой в простейшем случае аналоговые ключи, синхронно замыкая и размыкая их с некоторой частоВнтой. На выходе модулятора возникает однополярный импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому наВнпряжению. Переменная составляющая этого сигнала усиливаетВнся усилителем, а затем выпрямляется демодулятором. ПримеВннение управляемого демодулятора делает вольтметр чувствиВнтельным к полярности входного сигнала.

Среднее значение напряжения выходного сигнала пропорциоВннально входному напряжению Uср = kUx. Поскольку такая схема усилителя позволяет практически убрать дрейф ВлнуляВ» и имеет стабильный коэффициент усиления, коэффициент k может достиВнгать больших значений, например k=3,33-105 для микровольтВнметра В2-25. Вследствие этого у микровольтметров верхний предел измерений при наивысшей чувствительности может соВнставлять единицы микровольт. Так, микровольтметр постоянного тока В2-25 имеет верхние пределы измерений 3, 10тАФ300, 1000 мкВ при основной приведенной погрешности В± (0,5тАФ6)%.

Недостатками вольтВнметров являются трудность изменения предела измерений, из-за чего приборы выполняются, как правило, однопредельными, и низВнкая чувствительность (верхний предел измерений не менее десятков вольт), что определяет преимущественное их использование для измерения высоких напряжений. Необходимость питания от стабильных источников поВнстоянного или переменного напряжения; необходимость в электриВнческой установке стрелки измерителя на нуль или калибровке вольтметра перед началом измерений; сравнительно большая поВнгрешность измерений (до 3тАФ5%). Шкалу любого электронного вольтметра градуируют в среднеквадратических (действующих) значениях напряжения синусоидальной формы. Исключение составляют импульсные вольтметры, шкалу которых градуируют в амплитудных значениях.

Преимущества

Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью, высоким входным сопротивлением, широким диапазоном измеряемых напряжений, могут работать в широком диапазоне частот.

Диапазон измерений

Электронные вольтметры обладают широким диапазоном измеряемых напряжений: от десятков нановольт на постоянном токе до десятков киловольт, работают в частотном диапазоне от постоянного тока до частот порядка сотен мегагерц, входное сопротивление более 1 МОм.

Вольтметры с уравновешивающим преобразованием, как правило, имеют более высокие классы точности: 0,2 тАУ 2,5.

Список используемой литературы:

Аналоговые электроизмерительные приборы: Учебное пособие для вузов/Ф.С.Дмитриев, Е.А.Киселева, Г.П.Лебедев и др.; Под ред. А.А.Преображенского.:ВаУчебник М.:ВаВаВыcшаяВашкола,Ва1979.
Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я. Андреев, Е.М. Антонюк, Е.М.Душин и др. Под ред. Е.М. Душина.- 6-е изд., перераб. и доп. тАУ Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.- 480 с.: ил.
Алукер. Электро-измерительные приборы.

Вместе с этим смотрят:

Энергетический расчет спутниковой линии связи для передачи телевизионных сигналов
Эффект Ганна и его использование в диодах, работающих в генераторном режиме
Абразивы
Абхазия