Экзаменационный билет № 7.

1. Выпрямительные амперметры и вольтметры, область применения, погрешности измерения. Схемы компенсации погрешностей для малых и больших пределов измерения.

2. Узлы цифровых приборов. Триггеры, пересчетные устройства.

1. Выпрямительные амперметры и вольтметры, область применения, погрешности измерения. Схемы компенсации погрешностей для малых и больших пределов измерения.

Выпрямительные приборы. Приборы представляют собой со­единение выпрямительного преобразователя и магнитоэлектриче­ского измерительного механизма с отсчетным устройством.

В выпрямительных преобразователях в настоящее время ис­пользуют полупроводниковые диоды (германиевые и кремние­вые). Недостатком полупроводниковых диодов как выпрямитель­ных преобразователей является нелинейность вольт-амперной характеристики, нестабильность этой характеристики во времени и зависимость ее от температуры и частоты.

Зависимость коэффициента выпрямления диодов от темпера­туры, приложенного напряжения и частоты протекающего тока, а также влияние формы кривой измеряемого тока приводит к зна­чительным погрешностям выпрямительных амперметров и вольт­метров. Снижение погрешностей обычно производится путем включения дополнительных элементов в цепи приборов (терморезисторов и конденсаторов).

Выпрямительные приборы в большинстве случаев выполняют многопредельными и комбинированными. Этими приборами пу­тем переключений элементов прибора с помощью переключателей можно измерять как постоянные, так и переменные токи и напря­жения, а также измерять сопротивления по схеме омметра. Компенсация погрешности от изменения температуры и частоты у выпрямительных амперметров производится по тому же прин­ципу, что и у вольтметров.

2. Узлы цифровых приборов. Триггеры, пересчетные устройства.

УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

В ЦИУ применяются специальные узлы, выполненные на элементах радиоэлектроники, в частности на интегральных мик­росхемах, представляющих собой очень компактные и надежные функциональные узлы. Рассмотрим (упрощенно) некоторые наи­более часто встречающиеся в ЦИУ узлы

Триггеры. Это устройства с двумя состояниями устойчивого равновесия, способные скачкообразно переходить из одного со­стояния в другое с помощью внешнего сигнала. После такого перехода новое устойчивое состояние сохраняется до тех пор, пока другой внешний сигнал не изменит его. В настоящее время в ЦИУ применяют так называемые потенциальные триггеры, состояния которых различаются уровнем потенциала выходных контактов. Триггеры, применяемые в ЦИУ, выполняют в виде интегральных микросхем.

Пересчетные устройства (ПУ). Эти устройст­ва применяют в ЦИУ для выполнения различных задач, например для деления частоты импульсов, для преобразования число-импульсного кода в двоичный или двоично-десятичный и т. д.

Экзаменационный билет № 8.

1. Термоэлектрические приборы, принцип работы, область применения, достоинства и недостатки. Электронные вольтметры, структурные схемы электронных вольтметров. Область применения.

2. Измерение мощности в цепях переменного тока. Измерение мощности непосредственным включением ваттметра. Измерение мощности с использованием измерительных трансформаторов тока и напряжения.

1. Термоэлектрический прибор пред­ставляет собой соединение одного, или нескольких термопреобра­зователей с магнитоэлектрическим измерительным механизмом.

В контактном термопреобразо­вателе (рис. 3.34, а) термопара 1 имеет тепловой и гальванический контакт с нагревателем 2. В каче­стве нагревателя используется тон­кая проволока, изготовленная из материала, допускающего длитель­ные нагревы (до 600—800 °С) и имеющего низкий температурный коэффициент сопротивления (ни­хром, платино-иридий и др.). К се­редине нагревателя приваривается рабочий конец термопары. К свободным концам термопары присоединяется магнитоэлектри­ческий измерительный механизм.

Рис. 3.34. Устройство и схемы включения термопреобразователей

Бесконтактные термопреобразователи, в которых нагреватель и рабочий конец термопары отделены изолирующей прослойкой, могут быть использованы для создания термобатарей, состо­ящих из нескольких термопар, соединенных последовательно (рис. 3.34, б).

Для повышения чувствительности термопреобразователя поль­зуются мостовой схемой включения термопар (рис. 3.34, в). Мосто­вая схема термопреобразователя имеет ограниченное применение на постоянном токе из-за проявления эффекта Пельтье, т. е. раз­личного выделения теплоты в рабочем конце термопары при изме­нении направления тока. Поэтому показания прибора с мостовым термопреобразователем, отградуированным на переменном токе, отличаются от показаний на постоянном токе.

Термоэлектрические приборы предназначены для изме­рения переменных и постоянных токов от 100 мкА до 100 А, напряжений — от 150 мВ до 600 В. Приборы работают в диапазоне от постоянного тока до частот 25 МГц, класс точности 1—1,5. Высокочастотные термоэлектрические микроам­перметры (типа Т133) с пределом измерения до 1000 мкА (четыре поддиапазона) имеют встроенный в прибор фотогальванометрический усилитель,

Основным достоинством термоэлектрических приборов является достаточно высокая точность измерений в расширенном диапазоне частот. Современные термопреобразователи могут использоваться как на постоянном токе, так и на частотах вплоть до 100 МГц. Однако на частотах примерно 5—10 МГц частотная погрешность термоэлектрического прибора растет и может достигать 5—10%. Объясняется это тем, что с увеличением частоты, вследствие поверх­ностного эффекта, повышается сопротивление нагревателя. Кроме того, при очень высоких частотах часть измеряемого тока ответвляется через паразитные емкости между отдельными частями прибора, минуя нагреватель. Частотная погрешность у термоэлек­трических вольтметров обычно выше, чем у амперметров, из-за влия­ния изменения сопротивления добавочного резистора, который не может быть выполнен совершенно безреактивным.

К недостаткам термоэлектрических приборов следует отнести малую перегрузочную способность и ограниченный срок службы термопреобразователей даже в нормальных условиях работы, за­висимость показаний прибора от температуры окружающей среды и значительное собственное потребление мощности (у амперметров на 5 А примерно 1 Вт, ток полного отклонения вольтметров колеб­лется от 10 до 50 мА).

Электронные вольтметры переменного тока представляют собой сочетание выпрямителя на электровакуум­ных или полупроводниковых диодах, усилителя и магнитоэлектри­ческого измерительного механизма.

Структурные схемы электронных вольтметров

переменного и постоянного тока (а), переменного тока (б)

и постоянного тока (в)

Структурные схемы вольтметров переменного тока даны на рис. а и б. Основными узлами схем являются: выпрямитель В, усилитель переменного тока У, усилитель постоянного тока УПТ и магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ.

Структурная схема рис. а используется для универсальных электронных вольтметров переменного и постоянного тока. Нижний предел измерения таких вольтметров ограничивается порогом чувствительности выпрямителя и составляет обычно 0,1—0,2 В. При использовании в выпрямителях высокочастотных диодов по­добные электронные вольтметры работают в диапазоне от 20—30 Гц до 100—300 МГц.

2. Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы. Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1—0,5) и используют для точных измерений мощности постоян­ного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц).

Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5— 2,5). Применяют их главным образом на переменном токе промыш­ленной частоты; на постоянном токе они имеют значительную по­грешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термо­электрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный пре­образователем активной мощности в постоянный ток. В преобразо­вателе мощности осуществляется операция умножения т = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui , т. е. от мощности.

На рис. 3.40, а показана возможность использования электроди­намического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Непосредственное включение ваттметра в цепь применяется обычно при значениях тока и напряжения до 10 А и 600 В соответственно. Если измеряемый ток превышает 10 А, применяют ТА, а при напряжении выше 600 В – ТV и ТТ.