50. Магнитоэлектрические вольтметры.

В общем случае вольтметры, в том числе и магнитоэлектрические, образуются из амперметров, путем последовательного подключения к ним добавочного резистора с большим сопротивлением . Таким образом, собственное сопротивление вольтметра . Вольтметры подключаются параллельно участку цепи, падение напряжения на котором необходимо измерить (рисунок 2.6). Для этой цепи можно записать

(2.15)

Угол отклонения для такого вольтметра

(2.16)

где - чувствительность магнитоэлектрического вольтметра по напряжению.

Рисунок 2.5 - Схема включения вольтметра

Из (2.16) следует, что , и поэтому в приборах сравнения в качестве измерительного устройства используются практически всегда амперметры, а не вольтметра.

При включении вольтметра в цепь за счет конечного значения , что вызывает потребление мощности самим вольтметром, возникает методическая погрешность.

Она может быть вычислена по формуле:

, (2.17)

где – внутреннее сопротивление эквивалентного генератора Э.Д.С. (источника питания цепи).

Из (2.17) следует:

• погрешность тем меньше, чем больше по сравнению с и ; т.е. необходимо выполнять условие >> и ;

• она всегда отрицательна, т.к. ;

• значение не зависит от класса точности вольтметра;

• является систематической погрешностью, но исключение ее затруднено, поскольку необходимо знать не только значение , но и .

Для расширения пределов измерения вольтметров применяются масштабные преобразователи – добавочные сопротивления . Они включаются последовательно с вольтметром (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 – Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением

Коэффициент преобразования (деления) m можно получить из второго закона Кирхгофа и закона Ома.

, (2.18)

где – измеряемое напряжение,

– верхний предел измерения вольтметра.

Из этого выражения определим значение сопротивления , необходимое для расширения в m раз предела измерения вольтметра:

(2.19)

Добавочные резисторы также в основном применяются для расширения пределов измерения вольтметров на постоянном токе и изготавливаются из манганиновой проволоки. По конструктивному выполнению могут быть внутренними и наружными. Основные параметры добавочных резисторов регламентируются стандартом, и они имеют свои классы точности.

51. Измерение фазового сдвига методом суммы и разности напряжений.

Этот метод применяется в основном для измерения НЧ сигналов. Однако в настоящее время на его основе разработаны и продолжают разрабатываться приборы, позволяющие измерять кроме еще и отношения амплитуд сигналов, вплоть до диапазона СВЧ. Эти приборы называются амплифазометрами и широко применяются в антенной технике.

Сущность метода заключается в переносе информации об измеряемом значении в амплитуду суммарного или разностного напряжения с последующим измерением этого напряжения аналоговым или цифровым вольтметром. Таким образом фазовые измерения трансформируются в амплитудные, что позволяет расширить функции вольтметров и превратить их в амплифазометры.

Если два гармонических сигнала одинаковой частоты и амплитуды сложить, то амплитуда их векторной суммы будет равна и при

(5.6)

Аналогично, если их вычесть, то разностное напряжение :

(5.7)

Как видно из этих выражений, в принципе для измерения можно использовать измеренные значения или или . Однако такой фазометр будет иметь неравномерную шкалу и сильную зависимость погрешности измерения от самого значения (в силу свойств функций и ). Кроме того, результаты измерения будут зависеть от , хотя информация о значении необходима для реализации амплифазометра. Поэтому в практических схемах фазометров для измерения используют и суммарное и разностное напряжения.

Имеются различные варианты построения схем таких фазометров. Рассмотрим одну из них (рисунок 5.1).

Как видно из рисунка 5.1 в начале с помощью ВУ1 и ВУ2 амплитуды сигналов и уравниваются. Затем образуются , и их разность, которая измеряется вольтметром (цифровым или аналоговым):

(5.8)

Рисунок 5.1 – Структурная схема фазометра, реализующего метод суммы и разности напряжений

Построим зависимость от (рисунок 5.2), называемую градуировочной характеристикой фазометра.

Рисунок 5.2 – Градуировочная характеристика фазометра

Из рисунка 5.1 видно, что если вольтметр имеет 0 посредине шкалы и устранена зависимость от , то шкала фазометра практически равномерна и пределы однозначного измерения от 0 до 2π.

Фазометры реализующие этот метод работают вплоть до СВЧ диапазона. Пример: амплифазометр ФК2-12: диапазон измерения – 0±180° с погрешностью не более 2,5°, напряжение 100мкВ – 1В с погрешностью ± 20%. Диапазон частот 1 – 1000 МГц.