Коэффициент Лормы Лф

I .Оэффициент амплитуды к.

Форма сигнага

I 41

1,11

	г:	т
				i

xTlx

Tlx

Б

1 73

1 16

ным диапазонами измеряемого сигнала мощностью, потребляемой при­бором от измерительной цепи и т.д.

3.2 КЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Для обеспечения едина ва и?мерений и взаимозаменяемое ги среде гв измерений характеристики их метрологических свойств (метрологические характеристики) нормируютсч и рс^тламентируются стандартами Номенк­латура метрологических характеристик и полнота, с которой они должны описывать те или иные свойства средств измерений залисят от назначения средств измере ний, условий жеплуатаиии. режима работы и многих дру­гих факторов. В полном перечне метрологических характеристик можно выделить следующие их группы:

• градуировочные харак геристики, определяющие соотношение ме­жду си] налами на входе и выходе средства измерений в статическом ре­жиме. К ним относятся, например, номинальная статическая харак. ер и стика преобразованчя (градуировочная характеристика) прибора, но­минально* значение меры, пределы измерения, цена деления шкалы, вид и параметры цифрово) о кола в цифровом приборе;

• показатели точности средства измерения, позволяющие оценить инструментальную составляющую погрешности результата измере­ния,

• динамические харак геристики, отражающие инерционные свойст­ва средств измерения и необходимые для оценивания динамических по­грешностей измерений;

3 Метрология, стандартизация и технические средства измерений

- функции влияния отра каю дие зависимость ме фологических ха­рактеристик средств измерения от воздействия влияющих величин или неинформативных И фаметр ;в входного сигна ia.

Неинфпрмативньш называется параметр входного сигнала не свя­занный непосредственно с измеряемой величиной, но оказывающий влияние на результат измерения, например, частота переменного элек­трического тока при измерении его амплитуды

Обычно метро. ioi ические характеристики нормируются раздельно для нормальных и рабочих условий применения средств измерений. Норма ть- ными читаются таки< v ловия, при кот фых изменением метрологических характер стик под воздействием влияющих вели гин можно пренебречь. Так, для многих типов средств измерений нормальными условиями приме­нения являю гея температур? (20±5)°С, агмо< ферное давление 84... 106 кПа, относительная влажное гь 30 . 80°/о. Рабочие условия отличаются от нор­мальных боле ■ широкими диапазонами влияющих величин

Учет всех нормируемых метрологических харак.еристик средства измерений при оценивании погрешности результата из мерений, как вид­но, сложная и трудоемкая процедура, оправдннная при измерениях по­вышенной точности. При измерениях на производстве, в обиходе такая точность не всегда нужна В то же время, определенная информация о возможной инструментальной составляющей по]решности измерения необходима. Такая информация дается указа» ием класса точности сред­ства измерений.

Под к часе ом точно ти понимают обобщенную характеристику точности средс гв измерении данного типа, определяемую пределами до­пускаемой осноьной погрешности. Клздсы точности присваиваю сред­ствам измерений при их разраб< >^тке на основании исследований и испы­таний представительной партии средств измерения данного типа. При этом пределы допускаемых погрешностей нормируют и выражают ч форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей, в зависимости оч характера изменения погрешностей в пре телах диапазо­на измерений. Приведенной называется относительная погрешность, гычисленная в процентах от некоторого нормирующего значения В качестве нормиру ющего обычно принимается конечное значение шкалы (верхний предел измерения для лриб фов с односторонней шкалой или су мма предела >в — для приЬор^в с нулем по< редине)

Пределы допускаемой абсолютной погрешности устанав .ивант по формулам

Д = ±а (34)

илч

Д = ± (а + Ьх), (3 5)

где х — значение измеряемой Величины a. b — положительные числа, не зависящие от л.

Норм: фоваьие в соответс пвии с (3 5) означает, ч^то в сосгаве по­грешности средства измерения присутствую- аддитивная и мультипли- кативная составляющие например для генератора низкой 1астоты ГЗ- 36 А = ±(О.ОУ f 2) Ги

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности опреде­ляют по формуле

₍₃.6)

где Х„ — нормирующее значение, выраж нное в гех же единицах, чго и х, р — отвлеченное положительное число, выбира. мое из стандартизо­ванного ряда значений (1 10"; 1,5-10",5-10",..., где я = 1,0, -1, -2 и т.д.).

Дл5. измерительных гриооров с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливая т равным длине шкалы Пределы допускаемой относительной основной погрешности если А уcTaHOBj 1ена по формуле (3 4)

6 = —-100 = ±9%; (3 7)

х

если А установлена по (3 5)

\

c + d\

6-J

(3 8)

X

I де q — отвлеченное положите гьное число, выбираемое из стандартизо­ванного ряда значении Х_к — больший по модулю из гределов изм. ре- "ий (верхний предел измерь ния или сумма пределов изм."рения для при боров с нулем посредине) c,d — положи гельные числа, выбираемые из гандар-изованного ряда; х — показание прибора

Пределы допускаемых дополни гельных погрешностей как правило, устанавливают в виде дольного знач ния предела допускаемой основной погр шности Обозначение классов точности наносится на шкалы, щит­ки или корпуса приборов.

Клас< ь. точности средств измерении обозначаются условными знаками (буквами, 1^,чфрами). Для (редств измерении, пределы допускаемой основной п 'грешности которых выражаю в форме приведенной погрешности или от н 'сительной погрешности в i 'ответствии с (3 6) и (3.7) классы точности ■^означаются числами равнымл этим пределам в процентах. Чтобы от- ничить о ^осительную погрешность от приведенной, обо яачениг класса

k^hoct.i в виде относительной погрешности обводят кружком 2 5 Еаш тчрешность нормир» вана в проце нтах от длины шкалы, го под обо?

начением класса став тся так ixK" . Если г огрешност ь нормирована фор­му пой (3 8). то класс точное ги ооозначается как с Id (на .ример, 0.02 / 0.01)

Пример. На шкале тмнерме.ра с пределами измерения 0 10 А нанесено обозначение класса точности 2,*- Это означает, что для тайного прибора нормирована приведенная

X

погреш юсть П 1,0,1 гавляя в (3 6) Х_к= ЮА ир = 2,5 потучим Д - — 2.5 - 0.25 А

¹⁰⁰

Если бы обозначени' у пасса точности >ыло( 25) го погрешность следовало бы

вычигттгь в процента с от измеренного значения. Гак при /_юм = 2А погрешность приоо- 2-25

ра не должна превышаю = 0,05 А

100

33 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Для измерения напряжения и силы тока широко применяются элек­тромеханические приборы Общим термином электромеханические при­боры обозначают средства изме^ ^ний. структурная с_лема которых пред­ставлена на рис. 3.2. Эта схема вк шоча< т в себя изм. рительную схему ИС, измерительный механизм ИМ и отсчетное ус гройство ОУ К элек тромеханической группе принадлежат измерительные приборы магни­тоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, элгктроста гическои и индукционной систем. Приооры этих систем часто входят в состав и других, более сложных, средств измерений. По физическому принципу, положенному в основу построения и конструктивному испол­нению, эти приборы относя тся к группе аналоговых средств измерения, т.е средств измерения, показания которых являю 1ся непрерывной функ цией измеряемой ве.шчины.

Измерителпная схема представляет собой совокупность сопротив тний. индук гивностей. емко, гей и ииых элементов электрической иепи при,'л ра и имеет своей основной задачей преобразова гь измеряемую физическую ве­личину Хъ некоторую новую величину У, под воздейс гвисм которой проис­ходит перемещен» а подвижной части измерительного механизма, отсчитываемое с помошью отсч« гного у< тройства. Таким образом, ^сли выполняется зависимость а = f(X), то прибор может быть проградуиро- иан в единицах измеряемой величины Понят но, что для этого необхо димо, чтобы каждому значению измеряемой величины соответст вовало

одно, и только одно, определенное отклоне­ние а Не менее важно, чтобы пзртметры ^0У схемы и измерительного механизма hi изме нялись при изменении внешних условий, на­пример. ^емпера гуры окружающей срегы

ча(тоты питающего схему тока и дру1их

Рис 3.2. Струк г^ра злектроме- ,

X	ис	Y	ИМ	о.

хаиичол их. риборо факторов.

В большинстве электромеханичес­ких приборов выходным перемещени­ем а являет ся угловое перемещение стрелки. Реже встречаются конструк­ции прибороь с линейным перемеще­нием указателя. Рассмотрим работу электромеханического прибора с уг­ловым перемещением стрелки ГТод- Еижная часть измерительного меха­низма с угловым перемещением изо­бражена на рис 3 3 и представляет собой ось 1 со стрелкой 2, вращаю­щуюся в подпятниках 3. Возможный угол поворота стрелки ограничен упорами 4\ шкала прибора — 5

(3 9)

(3.10)

При подаче на вход измерительной схемы приоора измеряемой ве­личины возникает вра-дающий момент, описываемый выражением

М АХ)

Чтобы каждому значению измеряемой величины X соответствовало определенное отклонение стрелки а необхо.'Щмо уравновесить вращаю­щий момент 1/_вр противодействующим моментом А/_пр, противополож­ным вращающему и возрастающим по мере увеличения yi ла поворот а подвижной части. В большинстве электроизмерительных приборов про­тиводействующий момент создается плоской спиральной пружинкой 6, для которой праведливо соо гношение

МЛ = Wa,

где W — коэффициент зависящий от свойств мат ериала и размеров пружинки. При совместном воздействии вращающею и противодейст­вующего момен гов положение равновесия, т.е. установившееся отклоне­ние стрелки определяется из условия Л/_вр = М_пр. Учитывая (3.9) и (3 10), получим

а =

_

(3 11)

W

Решение этого угавнения представ тяет сооой градуирово'.ную ха­рактеристику прибора. Из (3.11) следует, что характер град ировочной х фактеристики определяется видол. функциональной зависимости (3.9).

Рис 3.3. Пшшижная часп измерительною механизма электромеханического прибора

Подвижная части измерительною механизма пре _Лставляет собой ко- теба-ельную систему Для тою "тобы в процессе достижения устано­вившегося положения стрелка прибора не испытывала слишком долгих колебании в электромеханических приборах применяются успокоит! ли

создающие момент успокоения npoi орциональный скорост" перемеще­ние стрелки

М =P^d^

^yui d: '

где Р — коэффициент успокоения.

Различают воздушные, жидкостные и магнитоиндуиионныс успо- кои гели. В воздушных и жидкостных успокой гелях успокоение достига­ется торможением специального элемента подвижной часги (лепестка, поршня) за счет трения о воздух или жидкое гь

В магнитоиндукцис лых успокоителях торможение осуществляется за счеч : 'заимодеисп вия магнч гньгх полей магнита токор. цировгъных в роводящих элементах подвиж юй части три их движении р поле этого маг чита.

Наиболее распространенными в практике технических измерений являются электромеханические приборы магнитоэлектрической и элек- трома! нитной сис гем

Приборы магнитоэлектрической системы В приборах магнитоэ чск- гри гесхой системы вращающий момент создается за счет взаимодействия поля постоянного маг кита с рамю >й (кадушкой), по которой протекает ток. Конструктивно измерите ц>ный леханизм прибора может бьп ь выполнен гибо с I" движным магнитом, либо с одвижной рамкоч. На рис 3 4 показа» кон­струкция прибор? с подвижной рамкой. Постоянны i магнит 1, магнитотро- вод с полд :ными наконечниками 2 и неподви кнг й сердечник 3 составляют магнита; ю систему механизма В зазоре между пагюсными наконечниками и сердечником создается сильное радиальное магнитное поле, в котором на­ходится подвижная прямоугольная рамка 4, намотанная тонким мед­ным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (или без карка­са) Рамка закреплена между полуосями 5. Спиральные пружинки 6, предна значенные для создания противодейст­вующего момента, одновременно ис­пользуются для полачи измеряемого тока в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой 7. Для балансировки под­вижной части имеются передвижные грузики 8

Рис 3.4 УстроЪсгао грибора магнитоэлектрической системы

Выражение для вращающего момен ■ та, действ] ющег о на подвижную систему при ррохожд» нии через рамку тока I по­лучим, используя формулу для енлы Ло­ренца, воздействующей на проводник с током находящийся в магнитном поле

На рис. 3.5 изображена рамка прибо­ра, находящаяся в зазоре магнитной системы. При прохождении элек­трического тока I через проводник длиной /, расположенный в магнит­ном поле с индукцией В, на провод­ник действует сила F, определяемая формулой

Рис. 3.5. Рамка с током в магнитном поле

F ш IBl sin(J5, 7),

где (В,1) — угол между направлением тока и вектором магнитной ин­дукции.

Рабочими участками витка проволоки, намотанной на рамку явля­ются отрезки длиной /, расположенные на сторонах рамки параллельных оси вращения.

(3 12)

Для этих отрезков угол между направлением тока и вектором магнитной индукции равен 90°; следовательно, на отрезок проволоки длиной / дейст­вует сила F = IBI. При этом силы, действующие на противоположные отрез­ки витков, равны, но противоположны по направлению. В результате, на рамку из w витков проволоки действует вращающий момент

M_a,=2Fj = BS_fwl,

где b — ширина рамки; 5_Р — площадь рамки. Приравняв (3.12) и (3.10), получим

bs_i1i

(3 13)

а =

W

Согласно (3.13), угол отклонения подвижной части пропорционален току, протекающему по рамке. Коэффициент пропорциональности

BS^w WR,

а = -

U = S_VU,

где S_v—чувствительность магнитоэлектрического прибора к напряжению

' W

называется чувствительностью магнитоэлектрического приоора к току.

Для получения зависимости угла отклонения а от приложенного к рамке напряжения подставим в (3.13) / = UI R_p (где —сопротивление рамки):

Чувстеительности 5, и iiу являются постоянными величинами, зави­сящими лишь от параметров измерит ельной цепи и механизма Отсюда следует, что шкала магнитоэлектрического прибора равномерна, а из­менение направления тока, протекающего через рамку, веде г к измене­нию каправ гения угла отклонения стрелки.

Подвижная система измерительною механизма магнитоэлек­трически? приборов обчадает значительной инерцией, поэтому такие приборы реагируют лишь на постоянную составляющею тока и непри­годны для измерения ч ер змеиного тока или напряжении. Для измерений в цепях переменного тока необходимо предварительно преобразовать переменный гок в not гоянный.

Иэ группы аналоговых э гектромеханических приборов приборы маг нитоэ 1ектрической системы относятся к числу наиболее точных и чувствительных Изменения температуры окружающей среды и внешние магнитные поля мало влияку н? их работ, Равномерная шкала малое потребление энер] ии также отно< ятся к достоин! твам мат ни гоэлек- трических приборов

Так как рамка прибора чамотяна тонким проводом, это не позволя­ет пропускать через нее токи, превышающие десятки миллиампер Пре­вышение указанных значений может привести к повреждению провода рамки или спиральной пружинки Таким образом, возникает задача расширения пределов измерения магнитоэлектрических амперметров и вольтметров.

Расширен, е пределов измерег ия ампеометр >в достигается вклю< ением шунта параллельно прибору (рис. 3.6). Сопротивление ш; н^а R_m должно Рыть мены не сопротивления рамю лриоора Л_р и подбирается так чтобы при измерении основная часть измеряемого тока прох дала через шунт а ток, протекающий через рамку прибора, не превышал допустимого значения Если необходимо иметь верхний предел измерения ам»ермет ра/, а верхний предел измерения без шунта 1_А, то сопротивление шун га

I

о-

Рис. 3.6. Расшире­ние пределов измерен» i амперметра

Я,

О-

I

где п = —.

А

Амп грметры для измерения сравнительно небольших токов (до нескольких десятков ампер) имеют внутренние шунты вмонтированные в корпус прибора. Для измере­ния больших токов (до нескольких тысяч ампер) приме­няются наружные шунты. В ■ елях стандартизации наруж­ные шунты выпускаются на различные номинальны : ла- ^ени? напряжения (от 45 до 300 мВ) и классов точное ги от 0,02 до 0,5.

Для расшир. ния пределов измерения вольтметра по­следовательно с ^очрот ивлен ием рамки вклю- ается до- >авочное сопротивл! / ие R_h (рис. 3.7), которо, огра­ничивает падени» анряжения на рамке прибирз до­пустимых пределов Если необходимо измерять напря- | жение U, а верхний поедел измерен* я прчбора £/„, то ве- [ гтичина юбавочного сопротивл -шя юлжна быть _{Рчс 3 7} р„_{сширени}„

о — тз ( 1 \ прелелов и: мерен ия

Лц - л_р (П - J) вольтметра|

U

где п = .

и<

Добавочные сопротивления также бывают внутренними, встроен­ными в корпус вольтметра (при напряжении до 600 В) или наружными (при напряжении 600... 1500 В). Нару жные добавочные сопротивления выпускаются на определенные номинал! ные токи (от 0,5 до 30 мА) и имеют классы точности от 0,02 по I Шунты и добавочные сопротивле­ния изго»авливаю гея из материалов с высоким удельным сопротивлени­ем (манг анин. константан). имеющих температурный к оффипиент со- г.рогивления близкий к нулю.

Гальванометрь . Выгокочувс гвительные магнитоэлектри^иески» при­боры для измерения очень малых токов и напряжений называют ся галь­ванометрами. Гальванометры часто используют в качестве нуль- индикаторов фиксирующих отсутствие тока в цепи. У .аких гальвано­метров нулевая отметка находится в середине шкалы.

Так как чувствительность г альванометрсв очень высока, их градуи- ровочная характеристика нестабильна и зависит от совокупности внеш­них вли 1ющих факт лров Поэтому чувс гвительные гальванометры при выпу ске из производства не градуируются в единицах измеряемой фи­зической величины и им не присваиваются классы точности. В качес гве же метрологических характеристик гальванометров обычно указывают их чувст ви гельность к току или напряжению и со"рогивлечие рамки. Чувствительност ь гальванометров зависит от способа крепления рамки. Раз шчаю т гальванометры с подвижной час гью (рамкой; на кернах, на раст яжках и на подвесе

В гальванометрах с i юдвижной 1астью на кернагс рамка снабжена двумя полуосями с впрессовегнык:" в них стальными кернами Последние "пира- ттся на корундовые или рубиновые под­пятники (рис. 3 8, а) Чувствительно», гь такого j алпванометра огранлчиваелся ■рением керна о подпятники

п

Для повышения чувствительности Рис 3 8. Способы крепления рамки рамку ] альвапометра у станавливают

на растяжка к (рис 3 8, о) а в особо чувствительных гальванометрах на подвесе (рис 3 8, в) Растяжки и подвесы редставля] )т собой тонкие уп ругие ленты ши ниги из специальных < плавов Измеряемый ток посту­пает в рамку лгрез зги лен гы или нити, они же одновременно служат для создания противодействующего момен га В ^тальванометра\ с рамкой на подвесе вторым проводником является тончайшая лента или ни^ь. не соз дающая противодействующего момен га.

Современные гальванометры позволяют измерять токи в преде­лах 10 10 А и напряжения до 10 "В

Приборы а текгромагнитной системы Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля, соз деваемого гоком в неподвижной катушке, с подвижным фер- ромагни гным сердечником Одна из конструкций электромагнитного механизма представлена на рис. 3 9. где 1 — катушка; 2 — сердечник, укрепленный на оси прибора: 3 — воздушный успокоитель; 4 — спи­ральная пружинка, созлаюшая противодействующий момент. При "ключ'ении прибора под действием магнитного поля кагушки сер­дечник втягивае гея внутрь катушки. Подвижная часть механизма по­ворачивается до тех пор. пока вещающий момент не уравновесится противо действующим моментом, создаваемым пружинкой.

Вращающий момент, возникающий при прохождении тока / через ка тушку

где L —. ндуктивноегь катушки а — угол поворота подвижной части

Из условия равенства вра­щающего и противодейст­вующего моментов получим

2 W За

Е< пи по катушке протека­ет переменный ток i(t) = = /„.simo/, то необходимо про­извести усреднение по време­ни:

1 dL 1_J

Рис. 3.9. Устройство прибора шектрома1 нитой системы

4

jll s\r\⁷ utcft

а =

о

2 W да Т\

Если учесть что среднее квадра.ическое значение гока

4t)dt,

v ь

то

а= — --I¹. (3 14)

2W Ра

Из (3 14) следует, что при измерении в иепи переменного тока угол поворота подвижной часги прибора электромагнитной системы пропорционален крадрату среднего квадратичегкого значения тока, те не зависит от направления гока Поэтому электромагнитные приборы одинаково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного тока В соответствии с (3 '4) шкала прибора квадра­тичная, однако на прак гике ее можно приблизить к линейной подбо­ром формы сердечника

Достоинствами при&ороь электромагнитной системы являют! я про­стота конструкции, способность выдержива гь значительные nepei ру зки, возможность традуир вки приборов, предназначенных для измерений в цепях переменного тока, на постоянном токе. К недос гаткам приборов можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую точность, малую [увствит ельность и сильное влияние магни гных полей.

Промышленноегью выпускаются амперметры электромагнитной системы с верхним пределом изм» рения от долей ампера до 200 А. и вольтметры с пределами измерения от долей вольта до сотен вольт

При необходимости расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяются шунты и дооавочные сопротивления Для рас ширения пределов измерения амперметров в области повышенных частот используются трансформаторы тока. На рис. 3 10 показано включение амперметров во вт оричную обмотку трансформатора тока Здесь — первичная обмотка-, и>₂ — вторичная обмотка; /, и 1₇ — соот­ветствующие токи.

Приборы электромагнитной системы применяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного гока промышленной частоты Клп.сс точное ги щитовых при Зоров 1,5 и 2.5 В ьекоторых случаях они ис­пользуются для работы на повышенных частотах амиер I ^wa ме"ры до 8000 Гц. вольтметры до 400 Гц. Выпускаются - также переносные приооры электромагнитной системы .игассов точности 0,5 и 1,0 для измерения в лабора орных Рис. з.к условиях ^Вк почение

Выпрямительные приооры. Выпрямительные приборы амперметра с

■фансформа-

применяются для измерения напряжения и силы тока в _Го_Ка

-ш

ixxXyv!

гастотном диапазоне от звуковых частот до высоких и

ерхв ю К"Х частот Принцип работы таких приборов заключается в выпрямлении переменного тока с помощью полупроводниковых диодов (рис 3 11). Постоянная «.оставляющая выпрямленного тока измеряется прибором магнитоэлектрической системы (микроамперметром, милли­амперметром) В схеме прибора используют однополупериолные л лвух- полупериодные выпрямители. В однополупериегшых схемах (рис. 3.11, а) гок /' через магнитоэлек грический ьриоор включенный последова­тельно с диодом Д| пропускается только в положительный полупериод. В отрица тельный полупериод, для которого сопоставление диода Д_] ве­лико, ток протекает через диод Д₂, вк поченный параллельно прибору ДиодД защищает диод Д, от пробоя. Для уравнивания сопротивления пара опельных ветвей последовательно со вторым диодом включен рези стор R, сопротивление ко' орого равно сопротив гению измерительной цепи прибора Подвижная часть м агнит оэ аектрического прибора обла дает меха чической инерцией и при час тогах выше 10...20 Гц не успевает следить за мгновенными значениями вращающего момента, реагируя только на реднее значение момента Из уравнения шкалы магнитоэлек­трического прибора (3 i3) следует что отклонение • грелки выпрями­тельного прибора пропорционально среднему за период значению пере­менного тока. Для однополупериодного выпрямителя при токе синусои­дальной формы

т

Рис. 3 11. Выпрямите ib п и приборы

[м])

Ц* R

-кЬн=1

/_с = fsirttf tdr = ^ - = 0,311 £/„,

(3 15)

ер ■

qjfSjT,

с_Г. J J _п

и показания прибора

В двухполу периодных схемах выпрямителя (рис. 3.11 б) ток г проте­кающий через прибор увеличивается вдвое по сравнению с током про­текающим в схеме рис 3.11, о Для сину> оидалького т ока

Lt>.*,⁼ 0 6361_т.

Из (3 15) видно, что шкала выпрямительного прибора лин. йна и при любой ферме кривой измеряемого тока отклонение стрелки при­бора пропорционально среднему за период значению Однако на прак­тике шкалу выпрямительных приборов всегда 1радуирукп в средних квадратических значениях напряжения (тока) синусоидальной формы Слелова гельно, в приборах с двухполупериодным выпрямлением все значения оцифрованных делений шкалы как бы умножены на коэффи­циент ф >рмы Кф - 1,11. Ол сюла следует, что при измерении тока или напряжения несинусоидальной формы полученный отсчет по шкале такого выпрямительного прибора сначала нужно разделить на 1,11 (получить выпрямленное значение измеряемой величины), а затем ум­ножить на коэффициент ф^рмы, соответствующий фооме реального сигнала В приборах с однополупериодным выпрямлением вместо 1,11 поде гавляют 2,22.

Выпрямительные приборы получи ж широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и перс менного то­ка и напряжения классов точноеги 1,5 и 2,5; с пределами измерения по току от 2 мА до 600 А; по напряжению — о^т 0,3 то 60^п В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувст-вительность, малое собственное потребление энергии и возмож­ность измерения в широком диапазоне частот Частотный диапазон выпрямительных приооров определяется возможностями применяемых диодов Так, применение точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений до частот порядка 1|⁴... J0⁵ Гц Основными источниками погрешностей этих приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружаю­щей температуры, а также отклонение формы кривой измеряемого то­ка или на пряжения от той, при ко .орой произведена граду чровка при бора.

Термоэлектрические приборы Эти

Рис. 3 12 Терпи^- [ектрический преооразовагель

приборы использу ются для измерения токов в диапазоне высоких частот Термоэлектрический прибор состоит из т ермоэлект рического преобразова- ■еля и прибора магнитоэлек­трической системы Простейший гер- мипреобразова гель (рис. 3 ¹2) содер­жит нагр еватель Н, по которому г.ро- ^гекает измеряемый ток / и связанную

с ним термопару 777 (см. главу 9) Раб эччй спаи термопары а находится в тепловом контакте с нагревателем. Нагреватель пред' гавляет собой тонкую проволоку из сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром мангани-i) Еще более тонкие проволочки из тгрмоэлектродных ма!ериалов применяют для изготовления термопары При прохождении измеряемого тока через нагреватель место контакт а нагоеват еля и тер­мопары на] ревается до температуры t_u а холодный спай b остается при температуре окружающей среды t₀ В установившемся тепловом ре жиме мошность. выделяемая в нагревателе Р_Ъка и мощность, рассеиваемая на­гревателем в окружающую среду Р_т, равны Если учесть, что

Рьыл ⁼ 7 /?_н, а 7^>_{1 ас} ⁼ a. ,S( I

где а„, — коэффициент теплоотдачи от нагревателя к окр: жающей сре­де; S — площадь теплооттающей поверхности нагревателя; G — , .ерегрев рабо"его спая терм» пары над температурой окружаю леи среды (© — /, — ij; 7?„ — сопротив [ение нагревателя, то

a _ms

При перегрев' рабочего спая термопары на величину G в цепи тер­мопары возникает термоэлектродвижущая сита

Е = кв.

I де к — коэффициент пропорциональности

Таким образом, при пюохожлении измеряемого тока через нагрева­тель в цепи магнитоэлектрического прибора возникает постоянный ток 1у, пропорциональный квадрату срелнего квчдратического значения из­меряемо] о тока

I_a = E/R_v,

где 7? — сопро гивление магниточлек грического прибора

Так как действие прибора основано на тепловом действии тока, то понятно, что магнитоэлек грический прибор с термоэлектрическим пре­образователем измеряет срепнее квадратическое значение переменного тока любой формы Шка ia термоэлектрического прибора близка к квадра ичной.

Термоэлектрические преобразователи разделяются на контактные (рис 3 12. а) и бескон гактш ie (рис. 3.12. б) Б контактном преобразова­теле име<тся гальваническая связь между нагревателем и термопарой, т.е. между входной и выходной цепями, что не всегда допустимо R бес­контактном преобразователе нагреватель отделен от термопары изоля­тором из стекла или керамики либо воздушной прослойкой.

Термоэлектрические приборы получили распространение преимуще с гвенно для из иерения гоков В качестве вольтмс гров они практически не применяются, так как их входное сопротивление чрезвычайно мало.

К достоинствам приборов термоэлектрической системы можно отнести высокою чувствительность к измеряемому току широкий диапазон 1астот а также возможность измерения средних квадра-ическич значений токов прс извольной формы Не достатком терме электрических призеров является не­равномерность шкалы зависимость показании от температурь! жружаю щей среды и большая инерционность термопреобразователей Термоэлек­трические приборы очень чувстьительны к герегоузкам

В зависимости от назначения термоэлектрические приборы имеют ра шичны¹ пределы и мер ния (от 1 мА до 50 А). классы точности (от 1,0 до 2.5) и частотный ди шазон (от 45 Гц до сотен мегагерц)

3 4. КОМПЕНСАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Измереьн. тока и напряжения аналоговыми электромеханическими приборами возможно в лучшем случае с погрешностью 0,1% (класс точности прибора 0,1) Более точные изм< рения выпогняют методом сравнеьил с мерой. Средства измерь ний. используюшие метод сравнения, называются компенсаторами или потенциометрами

Принцип действия компенсатора основан на уразновешлвании (компенс ации) измеряемого напряжения известным падением напря­жения на образцовом резисторе Момент полной компенсации фик­сируется по показаниям индика горного прибора (нуль-илдика^- ора).

Упрощенная схема компенсатора постоянного тока приведена на рис. 3 13 Схема содержит источник образцовой ЭДС Е_н, образцовый резистор R₀, вспомогательный источник питания ВБ, переменное со- противление J?, регулировочный реостат R_t и нуль-индикатор НИ Нупь-инликагором служит обычно гальванометр с нулем посредине шкалы В качестве источника об] азиовой ЭДС' (мерп ЭДС) исполь зуется нормальный элемент — изт о^-1 авливаемый по специальной тех­нологии гальванический элемент, среднее значение ЭДС которого при температуре 20°С извес гно с точностью до пятого знака и равно Е„ = 1.0186 В Ооразиовый резистор представляет собой катушку сопрогив ления спеииалоной конструкции с точно извест­ным и стабильным сопротивлением

Рис 3 13. Схе,..а компеьсатора посто­янного тока

Процесс измерения напряжения состоит из двух операции: установления рабочего тока и уравнове­шивания измеряемого напряжения Для у<тановле- ния рабочего гока nepi ключатель П ставят в поло­жение 1 и регулируя сопротивление Л„ добиваются отсутствия тока в гальванометре Эт о будет иметь

место в том случае когда па хение Hai ряжения на резне горе Л, станет оавным ЭДС норм шьного племен га

Л^с ~ Е»

При этом рабочий ток в цепи R_t, R^, R

I — _ __ ^Еъв

R. +1^ + R

После установки рабо- его тока г ереключа гель II устанавливается в положение 2 и, не изменяя рабочего тока, устанавливают такое значение сопротивления R = R_x, при котором измеряемое напряжение Е_х будет уравновешено падением напряжение R^ и ток в цепи гальва­нометра снова будет отсутствовать. О геюда

JRjE_m (3 15)

Из (3 16) следует, что при постоянстве значений Е_н и R_u шкала со­противления R может быть про^радуирована непосредственно в едини­цах напряжения постоянного тока.

Так как в момент равновесия ток в цепи ин шкатора от су гствует. то можно (читать, что входное сопротивление R. компенсатора (со стороны измеряемого напряжения) равно бесконечности, т е Р-_х - °с. Отсюда следу ет одно из основных достоинств компенсатора — отсутствие потреби ния мощности от объект i измерения т.е возможность измерения ЭДС

Погр гшность компен^ат ора постоянного тока определяется пигреш ноетями резис ~оров R. R^, ЭДС нормальною элемента, а -акже чувстви­тельностью индикатора. С( временные потенциометры постоянного тока выпускаки классов точности от 0,0005 до 0,2 Верхний предел измерения до 1...2,5 В. При достаточной чувствительности индикатора нижний предел измерения может состав ля. ь единицы нановочы.

В современных конструкциях компенсаторов вместо нормального элемен га часто иа >о -ьзуются ст абилизованные источники напряжения с более высоким значением стабилизированного напряжения что позво­ляет расширить верхний предел измерения компенсатора до нескольких дссятков вольт. Для измерения более высоких значений напряжения мо­гу г быть использованы ьхемы с делителем напряжения При этом, одна­ко, утрачивает) я основное юстоинство компенсационного метода — от­сутствие потреб ения мощности от объекта измерения

Промышленностью выпускаются компенсаторы с ручным и автома­тическим уравновешиванием

Компенсационные метоцы используются также для измерения на пе­ременном гоке

3.5 ЭЛЕК1РОННЫГ АН ШОГОВЫЕ ЮЛЬ^ТМЕТРЫ

При изм фении напряжения методом непосре тственной оценки чольтметр подключается параллельно гому участку цепи, на котор( м измеряется напряжение Дне у меньшения методической погрешности из­мерения собственное потребление вольтметра должно быть мало, а его иходное сопротивление велико Поэтому в схемах электроники при из­мерении в маломощных цепях применение электромеханических прибо­ров ограничено. Предпочтительнее является использование электронных вольтметров.

Эгек-ронные вольтметры представляют собой сочетание электрон­ного преобразователя и магнитоэлектрического или цифрового измери- т ельного прибора

В отличие от вольтметров »лектр( механической 1руппы электронные вольтметры пос .оянного и переменного токов имеют высокие входное со- [ ротивление и чувствительность и малое потребление гока от измеритель­ной цепи Электронные аналоговые и цифровые вольтметры позволяют производить измерения в широком диапазоне напряжении .1 частот

По роду тока э-сктронные вольтметры делятся на вольтметры по­стоянного напряжения, переменного напряжения, универсальные (постоянного и переменного напряжения в одном приборе) и импульс­ные. Кроме того, выпускаются вольтметры с частотно избирательными свойствамя - селективные.

Риг.. Т.Н. Электронные вольтметры

Электронные анало) овые вольтметры постоянного тока выполняю- ■ ся по схеме, представленной на рис. 3 14, а Измеряемое напряжение U п ^дается на входное устройство ВхУ. пре тс гавляюшее собой мчогопре тельный высокоомный гели гель напряжения на резисторах. С делителя напряже1 [ие поступает на усилит ель постоянного тока УТ1Т и далее на i грелочный прибор V. Делитесь и усилитель постоянного гока ослабля­ют или уси ливаю г напря- кение до значений, необ­ходимых для нормальной работы прибора. Одно- •феменно усилитель обес печивает согласование ьы- еоког о сопротивл ния входной цепи вольтметра с низким сопоставлением Р 1мки прибора маг нито- •лектрической системы. Hi 1сокое входное сопро- I ивление электронного

вольтметра (несколько десятков мегаом) позволяет производить измере ние напряжения в высокоомных цепях без заметного потреб .ения мощ­ности от объекта измерения

Чтобы обслечить необходимую сочность вольтметра к усилителям пос гоянною тока_г применяемым в электронных вольтметрах, предъяв ■ ляклея жесткие требования в отношении линейности амплитудной ха­рактеристики. постоянства коэффициента усиления, температурного и временного дрейба нуля. При построении электронных вольтметров для измерения малых напряж* кий эти греб >ванья не всегда могут быт ь удовлетворены. Поэтому э гектронные вольтметры постоянного тока для измерения ма шх напряжений выполняются по схеме рис 3.14, б.

В таких вольтметрах постоянное измеряемое напряжение вначале прес бразуетея модулятором М в переменное, а далее усиление измеряе­мого сигнала осуществляется усилите. ем переменного ток? У, обладаю­щим лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с усилителями постоянного тока Выпрямленное выпрямителем (детек­тором) В напряжение подастся на стрелочный прибор V Это позволяет получить электронные микроволь гметры с нижним пределом измерения порядка 10" В

Электронные вольтметры переменного гока рыполняют по дв,м стру к турным схемам (рис. 3 14, в, г) В первой из этих схем измеряемое перемен­ное н шряж1 ние сначала преобразуе я в постоянное детектором В, а затем усиливается усилителем noci оянного тока. Во второй схеме усиление произ­водится на переменном токе и лишь затгм, предварительно усиленный сиг­нал, выпрямляется детектором Эти схемы дополняю^ друг друга Каждая из них обладает своими преимуществами и недостаткам! i. Вольтметры, постро­енные по иервой схеме, позволяют измерять напряженг.. переменного тока в широком частотном диапазоне (10Гц ... 1 ООО MD ■), но не даю г во шгжности измерять напряжеп ля Mi ньше нескольких десятых долей вольта, так как де­тектор вьшрямлж т только достаточно большие напряжения. Втора* схема позволяет строить боле., чувстви тельные вольтметры, нижний предел изме­рения которых сосгавлж т в. его лишь единицы микровольт Однако такие приборы имеют меньший астотныи диапазон поскольку частотный диапа­зон усилителя перемен .ого .ока трудно сделать достаточно широким

Важн 'ишим элементом электронного вольтметра, в значительной мере опрс геляюгцим его метро логичес кие характеристики, является детектор. Напряжение на выходе детектора может быть пропорционально амплитуд­ному средневыпрямленному или среднему квадратическому значению изме­ряемого напряжения Характер этой зависимости определяет на какое из этих значений реагиру.т магнитоэлектрический стрелочный прибор. Соот­ветствен о, различав>1 воль 1меты средни* амплитудных и средн.^-х квад­рата ^ески: значений. Необходимо, однако, помни гь, что шкалу электрон­ного вольтметра обы гно гргдуирую■ в среди ix квадрата¹ еских значениях напояжения синусоидальной формы и это следует учитыва гь при измерении

и при аналюе погрешносп ей обусловленных отклонением ф"рмы реального измеряемого сш нала от синусоиды

Простейшими вольтметрами средних значений являются выпрями­тельные вольтметры, ра^:мотпенные выше на основе пассивных (без применения у»илительных схемных элементов) преобразователей сред- ..евыпрямленных шачений Преооразователи выг.олняю¹] ся на полупро­водниковых диодах работающих на линейном у частке воль г-амперной характеристики.

Повышение чувствительности рас >ирение пределов измерения и улучшение линейности функции преобразования в электронных вольт­метрах достигается применением активных преоьразователей средневы- прямленных значений.

Волы метры средних квадра гических значений строятся по струк­турной схеме, приведенной на рис. 3 14, в, г Детекторы среднего ква, ipa- тического значения используют квадратичный у час ток вольт-ампериой характеристики диода или диодной цепочки, в результате чего постоянная .оставляющая ■ апряжения на выходе детектора оказывается пропорцио­нальной квадоа-"у среднего квадрь тического значения измеряемого на- г ряжения, независимо от формы этого напряжения В некоторых вольт ­метрах в качестве детектора среднего квадратического значения приме­няются термоэлектрические преобразователи.

Рис. 3-15. Амплитудный детектор с открытым входом

л

и.

Принцип действия амплитудного детектора (рис. 3.15, а) основан на 1аряде конденсатора С через диод Д до амплиту цного значения измеряе­мого напряжения и медленном ei о разрчде через нагрузочный резистор R Из за различия времени заряда и разряди на конденсаторе появляется постоянная сос [авляющая напряжения Чем больше отношение постоян­ной времени разряда конденсатора к постоянной времени его заряда 1ем больше напряжение на конденсаторе приближается к амплиту дному шачению При синусоидальной форме сигнала u(t) среднее значение нг- ■юяже ния на диоде равно среднему значению напряжения н? конденсэ. 1 оре, но с противоположным знаком. По< тоянная составляющая напря­жения нг конденса горе С и напряжения на диоде несет информацию об шплиту дном значении преобразуемого напряжения В зависимости от (ого какое из этих напряжений принимается за выходное, раэли 1ают две разновидности амплитудных детекторов. Если выходным служит наг ряжение на конденсаторе то получаем амплитудный детектор с от­крытым входом (рис.

} 15), который iiponyc- кает постоянную состав- пнющую измеряемого напряжения. Если вы­ходное напряжение сни­мается с диода, го имеем I лплитудный детектор с

закрытым входом (рис. 3 16). При измере­нии пульсирующего напряжения конденса- и, тор С будет ^аряжа ъся до пикового на- пряж кия U_mi .

Амплитудные 'етекторы с закрыть м и Рис 3.16. ( хема амплитудного о™?" ^ым входагч применяются в - нивер- детект а с закрытым входом сальных и высокочастотных воль метра*

при измер, кии в широком диапазоне частот Погрешность измерения воль метра < амплитудным гетектором зави' ит от частоты. Эта погрешность тем больше, чем меньше частота измеряемого на- пря»" ния В промежутках между входнь ми импутьсами конденсатор раз ряжается поэтому среднее значение напряжения U_c меньше амплиту хы (/„,. При повышении частоты интервалы между импульсами меньше и конденса­тор разряжается незначительно, поэтому С/_с выше, чем при низкой частоте При достаточно низких частота* U_c мож.т значительно отличать я от ам плитуды U_m. Относительная i огрешность преобразования при этом оцени­ваете." по формуле

г

U_m IRC |

где Т— период измеряемого напряжения

Одним из существенных недостатков ьольтметроч с амплитудным детектором является зависимость показаний прибора от формы сиг­нала Обычно шкала амплитудных вольтметров градуируется в сред­них квадратичеекчх значениях синусоидального напряжения, тогда как отклонение стрзлки прибора пропорционально амплитуде на­пряжения. Поэтому показания, отсчитанные по шкале стрелочного прибора, справедливы только при измерении синусоидальных на­пряжений

При npi низволъной форме сигнала если значение А_ф для этого сигна­ла неизвестно измерение средиего квадра гическсго значения напряже ния оказывается невозможным

На электронные воль гметры установлены классы точности от 0.1 до 25 Обычные к гассы точности 2.5:4.0

3.6 ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ BOTbTMETPLI

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на ди хретном представ, ении не1<рерывных величин. Непрерывная ве­личина x(t) — зеличина, ко орая может иметь в заданном диапазоне Д бесконечно бо тьшое число значений в интервале времени Т при беско­нечно большом числе моментов времени (рис. 3 17, а) Величина может быгь непрерывной либо по значению либо по времени Ве личину, не- 84

прерывную по зна­чению и прерывную по времени называю г ци< кретизированной (рис 3 17, 6) Значения ди жретизированной величины отличны от нуля только в опреде­ленные моменты време­ни Величину, непре­рывную по времени и прерывную по зна­чению, называют кван тованной (рис. 3.17, в). Квантованная величина в диапаюне Д может принимать только ко­нечное число значений Непрерывная вели"ина

может быть дискретизированной и квантованной одновременно (рис. 3.17, г).

Процесс преобразования непрерывной во времени величины в дискрета- 31 рованную путем охранения ее mi новенш ix значений в моменты времени t₀, /₂,..., t_n (моменты дискре гизаци и называют дискретизацией. Интервал At между о. [ижайшими моментами дискретизации называю-¹- шагом оискре - пизации.

Процесс прсобра ювания непрерывной по значению величины в кван­тованную пу тем замены ее значений ближайшими фиксированными значеньями х„ л₂, ..., х„ называется квантование и Разность Ал между двумя детерминированными значениями называют шагом квантования При измерении отсчет значения величины x(t) производится в моменты дискретизации с точностью до ближайшего квантованьо^о значения Поэтому в оощем случае полученное в результате квантования значение отличается от действительного значения измеряемой величины По­нятно. что погрешность от аамены действительного значения кванто­ванным может быть СНИЖ1 на за счет уменьшения шага квантования.

				N
л - а *	и			*
	Л н			с

Рис. 3.17. Дискретизация и квантование непрерывной величины

Процесс измерения в цифровом вольт метре включает в себя дискре- 1излцию, квантование и кодирование — получение по определенной системе правил числового значения квантованной величины в виде ком­бинации цифр (дискретных сигналов). Так, например, кодирование кван­тованных значений сигналов хо _нз„, xi ш, ..., л„ _и-_м tpne. 3.17, г) может ьыть осуществлено путем выработки в приборе в моменты дискретиза­ции t₀, t„ Г₂, ..., t„ пакетов импульсов, с числом импульсов, равным ко­личеству интервалов квантования

Процесс анало! о-цкфрозогп "реобразовапия > оставляет сущ ность любо о цифрового прибо­ра. в том числе и вольтметра

По виду изменяемой величины цифровые вольтметры подразде­ляются на волы метры постоянно­го тока, переменного тока (средне- выпрям ленного или феднего квад- ратическо! d значения), импульс­ные вольтметры — для измерения параметров видео- и радиоим­пульсных сигналов и ; ниверсаль ные волъ'метры предназначенные для измерения н щряжения ] остоянного и "еременного тока а тякже юкоторых других э гектри еских и ■ элек­трических величин (сопротивления, температуры и др).

Схемные решения цифровых вольтметров определяются применен­ным методом аналого-цифрового преобразования Полу чили распро­странение вольтметры с время импульсным, частотно-импульсным пре­образованием, а также с поразрядным уравновешиванием. В качестве примера рассмотрим принципы построения время импульсных вольт­метров

Врем*- импу льсный цифровой вольтме.р. В основе работы время- импульсного во, >ь тметра лежит пре бразование измеряемою напряже­ния в пропорцио гальный интервал времени, длительность ко горох о измеряется путем заполнения э-того интервала импульсами со стабиль­ной часто ^гои следования (счетными импульсами). Преобраз< вали осуществляется посредством сравнения измеряемого напряж, чия по­стоянного тока с линейно-и {меняющимся напряжением (рис. 3 18), сле­дующим образом Измеряемое напряжение Щ подается на один из вхо­дов сравнивающего устройства СУ. При этом в момент времени г, им­пульсом U, 1 от блока управления БУ залускаетст генерат ор линейно- изменяющегося напряжения ГЛИН В момент равенства напряжений от ГЛИН U.i и Щ вь раб гывает ' импульс U,₂. Интервал времени Т_х - = t₂- оказывается пропорциональным значению измеряемою на пряжения

Рис. 3 18. Принцип пргч 'эразования н: пряж з- ния в интервал времени

L			с,
	СУ
		Е
	ГЛИН
oi БУ—

Упрощенная струл гурная схема время-импульсного цифрово] о вольтметра пост оянного тока приведена на рче 3 19 Наряду с блоками СУ ГЛИН в схему входят блок управл гния БУ, блок формирования БФ временной селектор ВС и генератор счетных импульсов ГСИ На БФ с БУ поступает импульс U_n. Это приводи^ к тому, что временной , електор начинает пропускать на выход счетные импульсы, следующие с часто той /₀. Одновременно запускается ГЛИН Линейно-изменяющееся иаиряже ние С/л подается на устройство соавпения, которое в момент когда U_x 86

становится ррвным U_n выра ■ 6-т ывает импульс U_a- Импульс и_п гриволит к закрытию вре­менного селектора и прекраш нлю про вождения через него счетных импульсов Временные диаграммы приве гены на рис 3 20 Число импульсов N_x, запол­няют дих временной интервал Т_х с точностью до одного импульса, описывается формулой

Л

Но T_X=U_X IК. где К— известный коэффициент зависящий от скорости нарастаь ия линейно изменяюше! ося апряж ния Таким эбрио™,

N_K=U_x/_d/K,

эткуда

U_x=N_xK!f_Q.

В вольтметре отношение К/ft выбирается равным 10~^т, где m - 1,2, 3,..., поэтому прибор непосредственно показывает значение измеряемо­го напряжеы я (число m определяет положение запятой в цифровом отсчете). Указанный цикл работы вольтметра периодически повторяет­ся. Возврат генераторг линейно изменяющегося напряжения в исходное состояние и подго говка схемы к о вредному измер» нию осуществляется им­пульсами от БУ после истечения времени t₂.

Рис 3 19 Структур 1ая с\ема |ремя имп>льс- ногг цифрового волотметра

' -э^
. 'I h \ 1		г
т		г
1 milium	lllll	II
* t Li	' f

> \х ■

Ш11Ш

По такому же принципу ciроятся циф­ровые вольтметры переменного тока. В утих вольтметрах напряжение переменного тока предварительно выпрямляется и далее издается на СУ. Основным недостатком метода времл^г импульсного оеобразования является его невысокая помехо­устойчивости Шумовая помеха, наложен­ная на измеряемое напряжение U_K, изменяет го и, следовательно, изменяет момент по­явления импу ^тьса Uа, определяющего дли- ■ ельность времени счета Тем не менее, время-импульсное феобразовапие посто- нхных напряжений позволяет создавать Рис. 3.20 Временные диаграммы (равнигельно простые И достаточно время-импу шеного вольтметра

точные вольтметры. Погребное ги метода опреде тяготея нелинеиносыо и нестабиль­ностью линейно-изменяющегося напряже­ния и noi решноегью, обусловленной не­стабильностью порога срабатывания срав­нивающего устройства. Цифровые вольт­метры с время импульсным преобра юва- нием имеют погрешность, не превышаю щую0,1-. 0.05%.

Цифровом "ольтметр с двойным интег рированием Принцип его работы подобен принципу время-импульсного преобразо­вания, с тем отличием, что здесь образуют­ся два временных ин тервала в течение цик­ла измерения, длительность же цикла из мерсния устанав ивается кра-ной периоду помехи Это приводит к существенному повышению помехоустойчивое ги вольт­метров. В цифровом вольтметре с двойным интегрированием преобра­зование Щ в пропорциональный ему ин гервал времени Т_х осуществляет­ся путем ин гегрированмя сначала измеряемого U_x, а за гем опорного Uon напряжений (рис 3.21) В первом такте в течение времени Т\ произво­дится интегрирование входного напряжения U_x, в результате чего на­пряжение на выходе интегратора

где RC — постоянная времени интегратора^- t — время.

В конц< инт ервала интегрирования напряжение на выходе интегра­тора U TJRC В момент г, напряжение U. отключается от интегратора и на вход интег рагора подас гея опорное напряжение U_Qn, имеющее проти- воположн\ ю по отношению к U_x полярность Интегрирование опорного напряжения про голжае гея до тех пор, пока выходное напряжение ин ге- гра гора снова не с ганет равным нулю Поэтому в течение времени вто­рого такта напряжени на выходе инrei pa ораравьо

UJt) = - -Т — -¹ /U_ordt = - - - , ² RC ¹ RC I ^or RC RC

а в конце этого периода, через интервал времени Т_х,

U (_t)

Рис. 3.21 Принцип действия цифрового вольтметра, с двойным и¹ рированмем

RC ЕС

откуда

(3 17)

п

Преобразование временного интервала Г, в эквивалентное число импульсов N_x осуществляется так же, как и в предыдущем методе — пу­тем заполнения интервала Т_х импу чьсами/_п генератора счетных импуль­сов и подсчета их числа счетчиком

N =^T,f±U ^х U ^v

on

Из (3 17) видно что вр :менной 'нтервал Т_х, пропорциональный U_x, не :ависит от постоянной времени инте! ратора RC, а зависит только от Т, и U_ov. которь¹; могут поддерживаться тостояннымм с высокой точное гью.

Практически, все современные цифровые вольтметры строятся на основе метода двойного интегрироьания Вольтметры этого типа обес­печивают погрешность измерения 0.02 0.005 %.

Глсва 4 ОСЦИЛЛОГРАФЫ