2.3 Универсальные вольтметры.

Предназначены для измерения напряжений постоянного и переменного токов. Обобщенная структурная схема приведена ниже:

Рисунок 2.4 - Структурная схема универсального вольтметра.

В зависимости от положения переключателя Ѕ прибор работает как вольтметр переменного тока с преобразователем ПР (положение 1) или вольтметр постоянного тока (положение 2). В универсальных вольтметрах, называемых комбинированными, часто предусматривается возможность измерения и электрического сопротивления на постоянном токе. Для этого ЭВ имеет преобразователь П_R , выходное напряжение которого функционально связано с измеряемым сопротивлением. При этом измеряемое R_X подключается ко входу преобразователя П_R, а переключатель Ѕ переводится в положение 3.

2.4 Импульсные вольтметры.

Предназначены для измерения амплитуды импульсных сигналов различной формы. Особенность работы этих вольтметров определяется малой длительностью τ измеряемых импульсов (от 10 до 100 нс) и значительной скважностью θ=Т/ τ (до 10⁹).

Импульсные вольтметры градуируют в амплитудных значениях измеряемых сигналов. В документации вольтметра указывают допускаемые значения длительности импульсов и скважность, при которой погрешность остается в пределах нормированных значений.

2.5 Селективные вольтметры.

Предназначены для измерения действующего значения напряжения в некоторой полосе частот или действующего значения отдельных гармонических составляющих сигнала. Принцип действия заключается: а) в выделении гармонических составляющих сигнала или узкой полосы частот сигнала с помощью перестраиваемого полосового фильтра и б) измерении действующего значения выделенного сигнала. Упрощенная структурная схема селективного вольтметра показана на рисунке ниже:

Рисунок 2.5 - Структурная схема селективного вольтметра.

Измеряемый сигнал U_X через входной избирательный усилитель ВУ поступает на вход смесителя СМ, предназначенного для преобразования частотного спектра измеряемого сигнала. На второй вход смесителя подается сигнал гетеродина (генератора гармонических колебаний) Г. На выходе смесителя образуется сигнал, уровень которого пропорционален измеряемому U_X, но с частотами спектра f_СМ = f_Г – f_Х. Усилитель промежуточной частоты УПЧ настроен на некоторую фиксированную частоту f_УПЧ. Поэтому на выход УПЧ пройдет только та составляющая выходного сигнала смесителя, частота которой f_СМ= f_УПЧ; действующее значение этой гармонической составляющей измеряется вольтметром действующих значений ВДЗ. Изменяя f_Г, перестраивая гетеродин, можно выделять гармоники измеряемого сигнала и измерять действующие значения этих гармонических составляющих.

3. Электронные аналоговые частотомеры и фазометры.

В качестве аналоговых частотомеров применяют, в основном, конденсаторные, гетеродинные и резонансные частотомеры.

3.1 Электронные конденсаторные частотомеры.

Применяют в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц. Принцип работы таких частотомеров иллюстрирует следующая схема:

Рисунок 3.1 – Упрощенная схема конденсаторного частотомера.

На этом рисунке: ФИ – формирователь импульсов постоянной длительности с периодом ИСН – источник стабильного напряжения U₀; Ѕ – переключатель (ключ); С – конденсатор; ИМ –измерительный механизм.

Схема работает следующим образом. Формирователь импульсов ФИ формирует из измеряемого сигнала, имеющего частоту f_X, последовательность прямоугольных импульсов постоянной длительности и периодом . Конденсатор С при помощи управляемого переключателя Ѕ подключается то на заряд от ИСН, то на разряд через магнитоэлектрический ИМ. За время одного цикла разряда через механизм ИМ будет протекать заряд Q=CU₀. Т. к. частота переключений ключа Ѕ равна f_X , то средний ток, протекающий через ИМ, равен т.е. показания ИМ пропорциональны измеряемой частоте:

Обязательное условие нормальной работы частотомера – постоянство значений напряжения U₀ и емкости конденсатора С. Кроме того, время заряда и разряда емкости С должно быть существенно меньше периода измеряемого сигнала. Основная погрешность конденсаторных частотомеров составляет (2…3)%.