книги / Приборы и методы измерения электрических величин.-1

водится, то на выходе его действует измеряемое напряжение IIх% преобразуемое в последовательность импульсов, частота следова­ ния которых пропорциональна 1/х (первичное интегрирование). Устройство управления замыкает электронные ключи Кг, К% на определенное время, через них проходят импульсы и счетчиком фиксируются только первые декады старшего разряда. Накоплен­ ное в счетчике число импульсов преобразуется с помощью цифроаналогового преобразователя в постоянное напряжение IIк, грубо равное 11'х. Это напряжение поступает на второй вход устройства сравнения, в котором оно вычитается из напряжения Ьх. Остав-

Рис. 6.8. Схема цифрового вольтметра с комбинированным преобразованием

шаяся нескомпенсированной по старшим разрядам разность на­ пряжений ДII = IIх — IIх подвергается вторичному интегрирова­ нию. Разность Д0 вновь преобразуется в последовательность импульсов, которые подсчитываются за определенный отрезок времени остальными декадами младшего разряда счетчика (при этом замкнут ключ /С3). Результаты двух измерений суммируются и только после этого устройство цифрового отсчета выдает оконча­ тельный результат.

погрешности цифро-аналогового преобразователя ± 0,002 % и преобразователя напряжения — частота ± 0 ,3 %. Сложность пре­ образования снижает быстродействие.

§ 6.7. Цифровые вольтметры переменного тока

Цифровые вольтметры переменного тока строят в основном по принципу преобразования переменного напряжения в постоян­ ное напряжение 11.= ф {Ш), которое затем измеряется вольт­ метром постоянного тока; частоту следования импульсов /, из­ меряемую счетчиком импульсов, / = <р ((/_,).

При создании преобразователей переменного тока в постоянный необходимо обеспечить высокую степень линейности амплитудной характеристики = <р (1/_) при большом динамическом диапа­ зоне, постоянство характеристик в широком диапазоне частот, малые пульсации преобразованного напряжения и т. д.

Измерение переменного напряжения связано с необходимостью учета формы кривой сигнала и схемы преобразователя. Выходное напряжение пропорционально средневыпрямленному, среднеквадра­ тичному, амплитудному значению измеряемого напряжения (в зави­ симости от схемы преобразователя). Информация о значениях изме­ ряемой величины выводится на устройство цифрового отсчета в дей­ ствующих значениях синусоидального напряжения.

Наибольшее распространение в универсальных цифровых вольт­ метрах в режиме измерения переменного напряжения (см. рис. 6.5) получили двухполупериодные выпрямительные преобразователи среднего значения (см. § 5.2) с фильтром и усилителем, охваченным глубокой отрицательной обратной связью.

Большое значение имеют методы измерения среднеквадратич­ ного значения переменного тока, результаты измерения которых не зависят от формы кривой измеряемого напряжения . В этом отно­ шении интерес представляют цифровые вольтметры среднеквадратич­ ного значения с автоматической обработкой результатов измере­ ния ряда мгновенных значений напряжений; принципом компарирования переменного измеряемого напряжения с известным опор­ ным напряжением постоянного тока; принципом компарирования переменного измеряемого напряжения с опорным переменным на­ пряжением (равным опорному напряжению постоянного тока), сформированным из измеряемого.

Погрешность цифровых вольтметров переменного тока значи­ тельно больше погрешности цифровых вольтметров постоянного тока и зависит от частотного диапазона (частотный диапазон бывает чаще всего от десятков герц до десятков килогерц, вне этих пре­ делов погрешность вольтметра возрастает). Верхний предел ча­ стоты измеряемого напряжения в цифровых вольтметрах не пре­ восходит 30 МГц.

§ 7.2. Измерение напряжения в цепях постоянного тока

Метод непосредственной оценки. При использовании метода не­ посредственной оценки вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. При измерении напряжения на нагрузке Я в цепи с источником энер­ гии, ЭДС которого Е и внутреннее сопротивление Я0, вольтметр включают параллельно нагрузке (рис. 7.1). Если внутреннее сопро­ тивление вольтметра Я у, то будет иметь место следующая отно­ сительная погрешность измерения напряжения:

[ЕМ у/(к+я„)]/[яКу/(Я+ку) + я 0} - Е щ я + к о)

на нагрузке Я- Отношение сопротивлений Я/Яу обратно пропорционально

отношению мощности потребления вольтметра Ру к мощности

динамическими , электромагнитными, электростатическими, аналоговыми и цифровыми электронными вольтметрами). Выбор измерителя напряжения обусловлен мощно­ стью объекта измерения и необходимой точностью. Диапазон изме­ ряемых напряжений лежит в пределах от микровольт до десятка киловольт. Если объект измерения мощный, используются элек­ тромеханические вольтметры и мощность потребления ими не учи­ тывается, если же объект измерения маломощный, то мощность по­ требления должна быть учтена, либо используются электронные

вольтметры.

Методы сравнения. Компенсационный метод (метод противопос­ тавления) измерения заключается в уравновешивании, осуществляе­ мом включением на индикатор равновесия либо двух электрически

не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов.

В ней измеряемое напряжение IIх компенсируется равным, но про­ тивоположным по знаку известным напряжением Ь к. Падение на­ пряжения IIк создается током I на изменяемом по значению ком­ пенсирующем образцовом сопротивлении /?к. Изменение /?к про­ исходит до тех пор, пока IIк не будет равно IIх. Момент компен­ сации определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектриче­

ского гальванометра О; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.

Компенсационный метод обес­ печивает высокую точность изме­ рения.

Устройства, служащие для вы­ полнения измерений компенсацион­ ным методом, называют потен­ циометрами или компенсаторами.

В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходи­ мой точности измерения ток / в рабочей цепи определяют не ампер­ метром непосредственной оценки, а компенсационным методом б помощью эталона ЭДС нормального элемента. Нормальные эле­ менты обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при температуре 20 °С, внутреннее сопротивление 500—1000 Ом, ток перегрузки 1 мкА. С изменением температуры окружающей среды значение ЭДС уменьшается на каждый градус повышения температуры:

где Е( — ЭДС при температуре I, °С; Е20 — ЭДС при 20 °С. Схема компенсатора представлена на рис. 7.4. Она содержит

источник вспомогательной ЭДС Дпсп Для питания рабочей цепи,

значения сопротивлений нижних декад, и наоборот. Компенсирую* щее напряжение можно снимать с верхних или нижних декад. Каждая последующая декада имеет сопротивление секции в десять раз меньше предыдущей. В схеме с шунтирующими декадами при каждом положении двойных переключателей одна секция верхней декады шунтируется девятью секциями нижней декады, при этом

Рис. 7.5. Схема с замещающими декадами

общее сопротивление между точками 3 и 4 (см. рис. 7.4) остается неизменным. Ток через секции сопротивлений нижней декады Г в десять раз меньше тока I через секции сопротивлений верхней декады, т. е.

измерения 0,02 % от измеряемой величины) и малого сопротивления

ментами гальванометрического компенсатора (рис. 7.8) являются: измерительный механизм магнитоэлектрического зеркального галь­ ванометра О, образцовый резистор обратной связи # к, фоторези­ сторы ФЯ1 и ФЯ2, источники постоянного напряжения с Ег = Е3, магнитоэлектрический микроамперметр. На зеркальце гальвано­

полярности 0 Х сопротивление фоторезистора ФЯ\ уменьшится, а ФЯг увеличится. Через резистор

Як потечет ток / к, создавая на /?к компенсирующее напряжение С/к, почти равное измеряемому напряжению 1}х. Значение тока / к авто­ матически изменяется в зависимости от изменения измеряемого напряжения 1/х, но всегда так, что выполняется условие Их ~ 1/к,

для выполнения условия Повышение чувствительности достигается благодаря примене­

нию специальной конструкции гальванометра, что обеспечивает при токах порядка 10'10— 10-и А максимальный угол поворота подвижной части.

Значение компенсирующего тока / к зависит от значений Е1 — Е2, относительного изменения фотосопротивлеиий и может достигать нескольких десятков микроампер.

Гальванический компенсатор имеет высокую чувствительность при высоком входном сопротивлении.

Электрометрические компенсаторы — измерители напряжения, использующие электромеханический электрометр и имеющие весьма высокое входное сопротивление (1016—1017 Ом). Они просты и удобны в эксплуатации. Электромеханический электрометр представляет собой чувствительный электростатический измеритель­ ный механизм, легкая подвижная часть которого подвешивается