Електронні вольтметри

Електронним вольтметром називається прилад, показання якого викликаються струмом електронних приладів, т. е. енергією джерела харчування вольтметра. Яка Вимірюється напруга управляє струмом електронних приладів, завдяки чому вхідний опір електронних вольтметрів сягає дуже великих значень і вони допускають значні перегрузки.

У електронних вольтметрах конструктивно об'єднані електронний перетворювач і вимірювальний механізм. Електронний перетворювач то, можливо ламповим чи полупроводниковым. Вимірювальний механізм зазвичай магнитоэлектрический.

Вимірювальний механизм.

Рис. 2.2.

Електронний вольтметр складається з ИЦ, ЇМ і ЗУ. Конструктивно вимірювальний механізм можуть виконати або з забезпеченням рухомим магнітом, або з рухомий котушками. На рис. 2.2 показано конструкція приладу з рухомий катушкой.

Постійний магніт 1, магнитопровод з полюсными наконечниками 2 і нерухомий сердечник 3 становлять магнітну систему механизма.

У зазорі між полюсными наконечниками і сердечником створюється сильне рівномірний радіальне магнітне полі яку повергнута рухлива прямокутна котушка 4, намотана мідним чи алюмінієвим дротом на алюмінієвому каркасі (застосовують і бескаркасные рамки). Котушка (рамка) може повертатися в зазорі на полуосях 5 і шість. Спіральні пружини 7 і побачили 8-го створюють протидіючий початок і йдуть на подачі вимірюваного струму від вихідних затискачів приладу в рамку (механічні і електричні сполуки малюнку не показані). Рамка жорстко з'єднана і з стрілкою 9. Для балансування рухомий частини є пересувні важки 10. Проходячи по лідерів обмотки рамки, струм взаємодіє зі магнітним потоком постійного магніту, що викликає поява механічних сил F, створюють поводить момент Мвр, прагне повернути рамку.

Мвр = I*B*S*w, где.

I — струм, протекающий по обмотке,.

B — магнітна індукція в повітряному зазоре.

P.S — площадь.

w — число витків обмотки.

Це рівняння є вираженням обертаючого моменту всім електронний вольтметрів. Протидіючий той час у приладах необхідний створення однозначного відповідності вимірюваною величини певному розі відхилення рухомий частини. Що стосується, коли протидіючий момент створюється спіральної пружиною, протидіючий момент будет.

Мпр = Da, (2.2).

де D — питомий протидіючий момент, залежить від геометричних ж розмірів та матеріалу пружини (растяжек).

Електронні вольтметри поділяють на:

1. Установки для перевірки вольтметров.

2. Вольтметри постійного тока.

3. Вольтметри змінного тока.

4. Вольтметри імпульсного тока.

5. Фазочувствительные.

6. Селективные.

7. Универсальные.

1. Установки для перевірки вольтметрів — це прилади, призначені для настройки, регулювання і перевірки вимірювачів напруги. Основою цих приладів служить джерела напруги каліброваного уровня.

2. Відмінною рисою електронних вольтметрів постійному струмі - їх велике вхідний опір, таким чином їх можна застосовувати щодо виміру напруги дільниці цепи.

3. Найпоширенішими і універсальними приладами є електронні вольтметри змінного струму. Але вони висока чутливість і широкі межі вимірів, які за використанні підсилювачів і делителей напруги охоплюють область напруг від одиниць мікровольт до тисяч вольт; мала вхідні ємність (одиниці пикофарад) і високе вхідний активне опір (до десятків мегом); великий діапазон робочих частот (від десятків герц до сотень мегагерц); здатність витримувати великі перегрузки.

4. Імпульсні призначені, для виміру одиночних і повторюваних імпульсних і импульсно-моделирующих напруг у діапазоні тривалості і від кількох наносекунд до десятків мілісекунд. Деякі імпульсні йдуть на виміру амплітудних значень напруги на перемінному струмі. З іншого боку, можна використовуватиме виміру постійного напряжения.

5. Фазочувствительные вольтметри застосовуються під час зняття амплитудно-частотных і фазово-частотных характеристик різних низькочастотних четырехполюсников — підсилювачів, фільтрів і др.

6. Селективні - електронні вольтметри, на вході яких передбачені избирающие, подстраивающие устрою. Ними можна вимірювати високочастотні напруги у присутності помех.

7. Універсальні. Вимірюють напруга, як у постійному, і на перемінному струмі. Дозволяють вимірювати силу струму в ланцюгах постійного тока.

Вольтметри постійного тока.

Вхідний пристрій Підсилювач постійного струму Вимірювальний механізм.

Рис. 2.28.

Де ПУ — вхідний пристрій, УПТ — підсилювач постійного струму, ЇМ — магнитоэлектрический вимірювальний механизм.

Електронні вольтметри постійного струму виконуються за схемою, представленої на рис. 2.28. Вимірюваний напруга V подається на вхідний пристрій, що було многопредельный высокоомный дільник на резисторах. З дільника напруга надходить на підсилювач постійного струму і далі — на вимірювальний механізм. Дільник і підсилювач постійного струму послаблюють чи посилюють напруга до значень, необхідні нормальної роботи вимірювального механізму. Одночасно підсилювач забезпечує узгодження високого опору вхідний ланцюга приладу з низьким опором котушки вимірювального механизма.

Послідовне з'єднання дільника напруження і підсилювача є характерною рисою побудови всіх електронних вольтметрів. Така структура дозволяє робити вольтметри високочутливими і многопредельными з допомогою зміни у межах їхньої спільної коефіцієнта перетворення. Проте підвищення чутливості вольтметрів постійного струму шляхом збільшення коефіцієнта посилення УПТ наштовхується на технічні труднощі через нестабільність роботи УПТ, яка характеризується зміною kУПT і дрейфом «нуля» (мимовільним зміною вихідного сигналу) підсилювача. Тож у таких вольтметрах, зазвичай, kУПT ?1, а основне призначення УПТ — забезпечити велике вхідний опір вольтметра. У зв’язку з цим верхня межа вимірів таких вольтметрів немає нижче десятків чи одиниць милливольт.

Для зменшення впливу нестабільності УПТ в вольтметрах передбачають можливість регулювання перед виміром «нуля» і коефіцієнта перетворення усилителя.

Кут відхилення покажчика вимірювального механізму? = kВУkУПTSUUx= =kVUx, де kВУ, kУПT — коефіцієнти перетворення (посилення) відповідно ПУ і УПТ, SU —чутливість за напругою вимірювального механізму; kV — коефіцієнт перетворення електронного вольтметра; Ux — яка вимірюється напряжение.

До сформування високочутливих вольтметрів постійного струму (микровольтметров) застосовують підсилювачі постійного струму, створені за схемою М — ДМ (модулятор — демодулятор).

Генератор управляє роботою модулятора і демодулятора, що становлять в найпростішому разі аналогові ключі, одночасно замикаючи і розмикаючи його з деякою частотою. На виході модулятора виникає однополярний імпульсний сигнал, амплітуда якого пропорційна измеряемому напрузі. Змінна складова цього сигналу посилюється підсилювачем, та був випростується демодулятором. Застосування керованого демодулятора робить вольтметр чутливим до полярності вхідного сигнала.

Середнє значення напруги вихідного сигналу пропорційно вхідному напрузі Uср = kUx. Оскільки така схема підсилювача дозволяє практично прибрати дрейф «нуля» і має стабільний коефіцієнт посилення, коефіцієнт k може становити великих значень, наприклад k=3,33−105 для микровольтметра В2−25. У результаті у микровольтметров верхня межа вимірів при найвищої чутливості їх може становити одиниці мікровольт. Так, микровольтметр постійного струму В2−25 має верхні межі вимірів 3, 10—300, 1000 мкВ при основний наведеної похибки ± (0,5—6)%.

Недоліками вольтметрів є труднощі зміни краю вимірів, що робить прилади виконуються, зазвичай, однопредельными, і низька чутливість (верхня межа вимірів щонайменше десятків вольт), який визначає переважне їх використання для виміру високих напруг. Необхідність харчування від стабільних джерел постійного чи змінного напруги; потреба у електричної установці стрілки вимірника на нуль чи калибровке вольтметра до початку вимірів; порівняно велика похибка вимірів (до 3—5%). Шкалу будь-якого електронного вольтметра градуируют в среднеквадратических (діючих) значеннях напруги синусоидальной форми. Виняток становлять імпульсні вольтметри, шкалу яких градуируют в амплітудних значениях.

Преимущества.

Електронні вольтметри мають високої чутливістю, високим вхідним опором, широким діапазоном вимірюваних напруг, можуть працювати у широкому діапазоні частот.

Діапазон измерений.

Електронні вольтметри мають широким діапазоном вимірюваних напруг: від десятків нановольт постійному струмі до десятків кіловольт, працюють у частотному діапазоні від постійного струму до частот порядку сотень мегагерц, вхідний опір більше однієї МОм.

Вольтметри з уравновешивающим перетворенням, зазвичай, мають вищі класи точності: 0,2 — 2,5.

Список використовуваної литературы:

1. Аналогові электроизмерительные прилади: Навчальний посібник для вузов/Ф.С.Дмитриев, Е. А. Киселева, Г. П. Лебедев та інших.; Під ред. А. А. Преображенского.: Підручник М.: Выcшая школа, 1979.

2. Основи метрології і електричні виміру: Підручник для вузів / Б.Я. Андрєєв, О. М. Антонюк, Е. М. Душин та інших. Під ред. О. М. Душина.- 6-те вид., перераб. і доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. 480 з.: ил.

3. Алукер. Электро-измерительные приборы.