Оглавление (стр. 9 )

17. Уравнения преобразования различных измерительных механизмов, возможности их применения для измерения параметров постоянных и переменных сигналов.

18. Электромеханические амперметры постоянного и переменного тока, способы расширения диапазона измерений.

19. Электромеханические вольтметры постоянного и переменного тока, способы расширения диапазона измерений.

20. Электронные аналоговые приборы, общая характеристика. Электронные вольтметры постоянного тока.

Обобщённая структурная схема АЭП

В структурах АЭП выделяют сходные по функциональному признаку узлы, что позволяет пользоваться обобщённой структурной схемой (рисунок 1.2.).

Условные обозначения:

УП - устройство преобразования;

ОУ - отсчетные устройства;

ОС - образцовые средства;

ВУ - вспомогательные устройства.

Рисунок 1.2 - Обобщенная структурная схема АЭП

Устройство преобразования (УП) состоит из одного или нескольких измерительных преобразователей (ИП), предназначенных для преобразования измеряемой величины x в такой сигнал y, параметры которого соответствуют входным характеристикам отсчётного устройства. В УП могут входить масштабные, функциональные и другие виды ИП.

Отсчетные устройства (ОУ) предназначены для преобразования сигналов измерительной информации y в форму, доступную для считывания значений измеряемой величины.

Образцовые средства (ОС) используют для калибровки АЭП (генератор меток в электронных осциллографах).

Вспомогательные устройства (ВУ) не принимают непосредственного участия в преобразовании сигналов, но обеспечивают необходимые условия работы других узлов (источники питания).

Устройства преобразования и отсчёта являются необходимой принадлежностью структуры АЭП, в то время как, наличие образцовых средств и вспомогательных устройств не является обязательным.

1.3 Классификация АЭП

Классификация АЭП представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Классификация АЭП

В АЭП прямого преобразования входной сигнал х преобразуется одним или несколькими преобразователями П1,….,Пn в одном направлении от входа к выходу.

Рисунок 1.4 - Структурная схема АЭП прямого преобразования

В АЭП уравновешенного (компенсационного) преобразования входная величина x компенсируется величиной x′, представляющей собой выходную величину y, преобразованную цепью обратного преобразования. В этой группе АЭП вся цепь прямого преобразования охвачена отрицательной обратной связью (ООС).

Рисунок 1.5 - Структурная схема АЭП компенсационного преобразования

Если в структуру АЭП введена ООС, охватывающая не все звенья цепи прямого преобразования, то такие АЭП следует отнести к разряду приборов смешанного преобразования (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Структурная схема АЭП смешанного преобразования

Вольтметры постоянного тока. Упрощенная структурная схема таких вольтметров показана на рис. 5.1, где ВД – входной делитель напряжения; УПТ – усилитель постоянного тока; ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм; Ux – измеряемое напряжение.

Рис. 5.1. Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока

Последовательное соединение делителя напряжения и усилителя позволяет делать вольтметры высокочувствительными и многопредельными за счет изменения в широких пределах их общего коэффициента преобразования. Повышение чувствительности вольтметров постоянного тока путем увеличения коэффициента усиления УПТ kУПТ наталкивается на технические трудности из-за нестабильности работы УПТ, характеризующейся изменением kУПТ и самопроизвольным изменением выходного сигнала усилителя (дрейф "нуля"). Поэтому в таких вольтметрах kУПТ≈1, а основное назначение УПТ – обеспечить большое входное сопротивление вольтметра.

21. Электронные вольтметры переменного тока, структурные схемы, разновидности.

Самыми распространенными электронными приборами являются вольтметры, большинство из которых рассчитано не только на измерение переменных и постоянных напряжений, но также переменных и постоянных токов и активных сопротивлений.

Тракт измерения переменных напряжений в электронных вольтметрах построен, как правило, по одной из схем, приведенных на рис.25. Первая схема (рис.25,а) предназначена для измерения малых напряжений. Недостаток ее - более узкий диапазон измеряемых частот.

В основе построения измерительного устройства цифровых электронных вольтметров лежит тот или иной метод преобразования аналоговой величины в цифровую форму. Большинство современных цифровых измерителей используют преобразования либо по методу поразрядного уравновешивания, либо по методу последовательного счета. Примеры функциональных схем, реализующих эти методы, приведены на рис.26 и 27.

На вход измерительного устройства подается постоянное напряжение Ux. Напряжение Ux представляет собой либо измеряемое постоянное напряжение, либо выходное напряжение детектора (при измерении переменного напряжения).

При измерении напряжения по методу поразрядного уравновешивания (рис.26) на первом такте измеряемое значение Ux сравнивается с максимальным напряжением UK старшего разряда генератора компенсирующего напряжения (ГКН). Если UK > Ux> то схема сравнения вырабатывает сигнал, выключающий этот разряд из дальнейшего рассмотрения. Если UK<UX, то он остается включенным. На втором такте Ux сравнивается с величиной UK/2 и происходят те же операции. На третьем такте происходит сравнение Ux и UK/4 и т. д. Результат измерения считывается по числу оставшихся включенными разрядов.

Функционирует схема рис.27 следующим образом; в начале измерения запускается устройство управления, которое поочередно вырабатывает параллельные коды, соответствующие величинам UK, UK /2; UK/4 и т. д. Под воздействием этих кодов ГКН формирует компенсирующие напряжения UK, UK/2 и т. д. до тех пор, пока очередное напряжение не окажется менее измеряемого Ux и на уравновешивающую цепь не поступит соответствующее напряжение. В этом случае разряд, подаваемый на ГКН, не снимается, а указанная процедура повторяется для следующего младшего разряда.

При измерении напряжения по методу последовательного счета (рис.27) в момент начала измерения запускается (вручную или автоматически) пусковое устройство, вырабатывающее импульс, определяющий момент начала работы генератора линейно изменяющегося напряжения UK, поступающего на компаратор. Одновременно этот же импульс открывает схему совпадения и на вход электронного отсчетного устройства начинают поступать от кварцевого

генератора счетные импульсы. В момент равенства измеряемого напряжения Ux и UK компаратор вырабатывает сигнал, запирающий схему совпадения. Таким образом, электронное отсчетное устройство фиксирует число импульсов, прошедших за время, пока открыта схема совпадения. Это время пропорционально измеряемой величине напряжения UK.

Выходное сопротивление электронных вольтметров составляет десятки кОм. Ими можно измерять сопротивления от единиц мкВ до нескольких кВ. Основные источники погрешностей здесь: нестабильность элементов и собственные шумы электронных схем. Класс точности таких приборов – до 1,5. И магнитоэлектрическим и электронным вольтметрам присуща температурная погрешность, а также механические погрешности измерительного механизма и погрешности шкалы.

22. Особенности измерения напряжений переменных сигналов различной формы электронными аналоговыми вольтметрами.

23. Компенсаторы постоянного тока.

Компенсаторы постоянного тока.

Уравновешение измеряемого ЭДС постоянного тока известным напряжением.

Компенсатор:

εн – ЭДС эталонного источника - нормальный элемент.

Евсп – вспомогательная ЭДС.

Rвсп – вспомогательный реостат.

П – переключатель.

Г – гальвонометр (индикатор равновесия)

Ен – значение ЭДС его достаточно точно из-

вестно:

Енt=Ен20-0.0004(t-20)-0.000001(t-20)2

Ен20=1.01850

1 этап – установка рабочего тока.  П положение 1, изменяя Rвсп, добиваемся 0-го отклонения гальванометра: Ен=Iprн.

2 этап: П положение 2; изменяя положение движка реостата r (т. е. rx) добиваемся 0-го отклонения Г, при этом Ex=Iprx, т. е. Ex=EHrx/rH

Именно этот прибор может измерять ЭДС. В чём отличие? (компенсатор - ЭДС, вольтметр - напряжение) В компенсаторе нет тока при измерении ЭДС, а в вольтметре есть внутреннее сопротивление ⇒ возникает ток.

24. Измерительные мосты. Обобщенная структурная схема, условия равновесия на постоянном и переменном токе.

Измерительный мост — устройство для измерения электрического сопротивления. Принцип измерения основан на взаимной компенсации сопротивлений двух звеньев, одно из которых включает измеряемое сопротивление. В качестве индикатора обычно используется чувствительный гальванометр, показания которого должны быть равны нулю в момент равновесия моста.

На схеме слева, Rx представляет собой неизвестное сопротивление; R1, R2 и R3 — известные сопротивления, причём значение R2 может регулироваться. Если отношение сопротивлений одного плеча (R2 / R1) равно отношению сопротивлений другого (Rx / R3), то разность потенциалов между двумя средними точками будет равна нулю, и ток между ними не будет протекать. Сопротивление R2 регулируется до получения равновесия, а направление протекания тока показывает, в какую сторону нужно регулировать R2.