Электронные аналоговые измерители

Электронные измерительные приборы

(Вольтметры, омметры, куметры (измерители добротности), частотомеры, фазометры, ваттметры)

Электронные измерительные приборы по алгоритму работы делятся на аналоговые и цифровые.

Электронные аналоговые вольтметры.

По виду измеряемой величины различают приборы для измерения разных величин напряжения:

1) вольтметр действующих значений («AC»)

Пропорционально активной мощности сигнала, для синусоидальных напряжений u (t)= U _msin(ω t) следует

2) вольтметр средних значений («DC»)

Постоянная составляющая напряжения, для синусоидальных напряжений U _ср=0.

3) вольтметр максимальных (пиковых) значений

U _макс=max(| u (t)|)

4) вольтметр средних по модулю значений

для синусоидальных напряжений U _макс= U _m.

В универсальных вольтметрах возможно переключение режимов для измерения заданного значения напряжения.

Входное напряжение аналоговых вольтметров постоянное или периодическое.

Обычно в вольтметре имеется переключатель для выбора режима измерения AC/DC. Пиковые значения измеряются с помощью специальных вольтметров.

Как правило, в вольтметре имеется переключатель диапазонов измеряемых напряжений, которые характеризуются наибольшим измеряемым значением. Особенно важно учитывать (и правильно устанавливать) диапазон в аналоговых вольтметрах. Диапазон выбирается таким образом, чтобы его наибольшее напряжение было близко к измеряемому значению, но превышать последнее. Если нет представления о порядке измеряемого значения (или есть сомнения), то начинают с наибольшего предела.

При любых измерениях надо учитывать погрешности измерения. В аналоговых вольтметрах погрешность определяется классом точности, выбранным диапазоном (пределом) и значением измеряемой величины. В цифровых вольтметрах абсолютная погрешность измерения равна единице младшего разряда цифрового значения измеряемой величины.

Электронные вольтметры отличаются высоким входным сопротивлением. При измерениях высокочастотных напряжений необходимо считаться с конечной входной емкостью вольтметра.

На рис.15.10 приведена структурная схема электронного вольтметра постоянного напряжения.

Рис.15.10. demo15_1.

Обе схемы содержат УПТ (усилитель постоянного тока) и индикатор постоянного тока V, градуированный в единицах напряжения. Оператор может дискретно изменять коэффициент передачи УПТ от долей единицы до сотен единиц, выбирая предел измерения. В схеме варианта а) истинное значение напряжения составляет 100٠9٠10³/(1٠10³+9٠10³)= 90В. В схеме варианта б) постоянная составляющая так же 90В создается только источником постоянного напряжения. Наличие переменной составляющей напряжения вызывает дополнительную погрешность измерения.

На рис.15.11 приведена схема измерения действующего значения напряжения.

Рис.15.11. demo15_2.

В этой схеме переменное напряжение создается источником синусоидального напряжения (действующее значение 100В). Измеряемое напряжение u_x равно 90В. Оно поступает на конвертор (преобразователь) мгновенного напряжения в действующее значение по формуле, приведенной выше. Конвертор содержит усилитель переменного напряжения и термопреобразователь ConvU. Термопреобразователь имеет нагреватель и термопару. Нагреватель питается выходным напряжением усилителя. При изменении действующего значения u_x изменяется температура термоэлектрического преобразователя и ЭДС термоэлемента. Далее УПТ усиливает постоянное напряжение термоэлемента. Индикатор постоянного тока на выходе УПТ отградуирован в действующих значениях напряжения. Измеряемое напряжение может иметь любую форму. Градуировку производят при синусоидальной форме.

На рис.15.12 приведена схема измерения амплитудного значения напряжения.

Рис.15.12. demo15_3.

Измеряется амплитуда напряжения на резисторе 9кОм. Оно имеет значение 100√2٠9/10=127.28В.

В эту схему включен амплитудный детектор Adet – выпрямитель с хорошим сглаживающим фильтром, выходное напряжение которого равно амплитуде переменного напряжения. При этом форма напряжения может быть любой.

Вольтметры выбирают, таким образом, по виду измеряемого напряжения в зависимости от частоты и диапазона значений измеряемого напряжения.