Бесплатный учебный электронный файл

10 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И.Ползунова» РЕФЕРАТ По курсу: «Аналоговые измерительные приборы» Тема: «Электронные вольтметры» Выполнил: студент гр. ИИТТ-22 Меркулов И.В. Проверил : Максачук А.И. Бийск 2004 г. Введение Электронным вольтметром называется прибор, показания которого выз ы ваются током электронных приборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет током электронных приб о ров, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров дост и гает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки. В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. Электронный преобразователь может быть ламповым или полупроводниковым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический. Измерительный механизм Рис.2.2 Электронный вольтметр с остоит из ИЦ, ИМ и ОУ. Конструктивно изм е рительный механизм может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной катушкой. На рис. 2.2 показана конструкция прибора с подвижной катушкой. Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное равномерное радиальное магнитное поле, в котором находится по д вижная прямоугольная катушка 4, намотанная медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (применяют и бескаркасные рамки). К а тушка (рамка) может поворачиваться в зазоре на полуосях 5 и 6. Спиральные пружины 7 и 8 создают противодействующий момент и используются для подачи измеряемого тока от выходных зажимов прибора в рамку (механич е ские и электрические соединения на рисунке не показаны). Рамка жестко с о единена и со стрелкой 9 . Для балансировки подвижной части имеются пер е движные грузики 10 . Проходя по проводникам обмотки рамки, ток взаим о действует с магнитным потоком постоянного магнита, что вызывает появл е ние механических сил F , создающих вращающий момент М вр , стремящийся повернуть рамку. М вр = I * B * S * w , где I - ток, протекающий по обмотке, B – магнитная индукция в воздушном зазоре S – площадь w – число витков обмотки Это уравнение является выражением вращающего момента для всех эле к тронный вольтметров . Противодействующий момент в приборах необходим для создания однозначного соответствия измеряемой величины определе н ному углу отклонения подвижной части. В случае, когда противодейству ю щий момент создается спиральной пружиной, противодействующий момент будет М пр = Da , (2.2) где D — удельный против о действующий момент, зависящий от геоме т рических размеров и материала пружины (растяжек). Электр онные вольтметры подразделяют на: 1. Установки для поверки вольтметров 2. Вольтметры постоянного тока 3. Вольтметры переменного тока 4. Вольтметры им пульсного тока 5. Ф азо чувствительные 6. Селективные 7. Универсальные 1. Установки для поверки вольтметров – это приборы, предназначенные дл я настройки, регулирования и поверки измерителей напряжения. Основой для этих приборов служит источники напряжения калиброванного уровня. 2. Отличительной особенностью электронных вольтметров на постоянном токе – их большое входное сопротивление, благодаря этому их можно пр и менять для измерения напряжения на участке цепи. 3. Наиболее распространенными и универсальными приборами я вляются электронные вольтметры п еременного тока. У них высокая чувствительность и широкие пределы измерений, которые при использовании усилителей и д е лителей напряжения охватывают область напряжений от единиц микровольт до тысяч вольт; малая входная емкость (единицы пикофарад) и высокое входное активное сопротивление (до десятков мегом); обширный диапазон рабочих частот (от десятков герц до сотен мегагерц); способность выдерж и вать большие перегрузки. 4. Импульсные предназначены, для измерения одиночных и повторя ю щихся импульсных и импульсно - моделирующих напряжен ий в диапазоне длительности от нескольких нанос екунд до десятков миллисекунд. Некот о рые импульсные используются для измерения амплитудных значений н а пряжения на переменном токе. Кроме того, можно использовать для измер е ния постоянного напряжения. 5. Фазочувствительны е вольтметры применяются при снятии амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик различных низкочастотных ч е тырехполюсников — усилителей, фильтров и др. 6. Селективные - электронные вольтметры, на входе которых предусмо т рены избирающие, подстраивающие устройства. Ими можно измерять выс о кочастотные напряжения в присутствии помех. 7. Универсальные. Измеряют напряжение , как на постоянном, так и на переменном токе. Позволяют измерять силу тока в цепях постоянного тока. Вольтметры постоянного тока Входное устройство Усилитель пост о янного тока Измерительный механизм Рис.2.28 Где ВУ вЂ“ входное устройство, УПТ вЂ“ усилитель постоянного тока, ИМ вЂ“ магнитоэлектрический измерительный механизм. Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, пре д ставленной на рис. 2.28. Измеряемое напряжение V подается на входное ус т ройство, представляющ ее собой многопредельный высок о о мный делитель на резисторах. С делителя напряжение поступает на усилитель постоянного тока и далее — на измерительный механизм. Делитель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма. Последовательное соединение делителя напряжения и усили теля является характерной особенностью построения всех электронных вольтметров. Такая структура позволяет делать вольт метры высокочувствительными и многопр е дельными за счет из менения в широких пределах их общего коэффициента преобразования . Однако повышение чувствительности вольт метров постоя н ного тока путем увеличения коэффициента усиле ния УПТ наталкивается на технические трудности из-за неста бильности работы УПТ, характеризу ю щейся изменением k УП T и дрейфом «нуля» (самопроизвольным изменением выходного сигнала) усилителя. Поэтому в таких вольтметрах, как правило, k УП T ≈ 1, а основное назначение УПТ вЂ” обеспечить большое входное сопр о тивление вольтметра. В связи с этим верхний предел измерений таких воль т метров не бывает ниже десятков или единиц милливольт. Для уменьшения влияния нестабильности УПТ в вольтметрах предусма т ривают возможность регулировки перед измерением «нуля» и коэффициента преобразования усилителя. Угол от клонения указателя измерительного механизма б = k ВУ k УП T S U U x = = k V U x , где k В У , k УП T — коэффициенты преобразования (усиления) соответс т венно ВУ и УПТ, S U — чувствительность по напряжению измерительного м е ханизма; k V — коэффициент преобразования электронного вольтметра; U x — измеряемое напря жение. Для создания высокочувствительных вольтметров постоянно го тока (ми к ровольтметров) применяют усилители постоянного тока, построенные по схеме М вЂ” ДМ (модулятор — демодуля тор) . Генератор управляет работой модулятора и демодулятора, пред ставля ю щих собой в простейшем случае аналоговые ключи , синхронно замыкая и размыкая их с некоторой часто той. На выходе модулятора возник а ет одноп о лярный импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеря е мому на пряжению. Переменная составляющая этого сигнала усил и вает ся усилителем, а затем выпрямляется демодулятором. Приме нение управляем о го демодулятора делает вольтметр чувстви тельным к полярности входного сигнала. Среднее значение напряжения выходного сигнала пропорцио нально вхо д ному напряжению U ср = kU x . Поскольку такая схема усилителя позволяет практически убрать дрейф «нуля» и имеет стабильный коэффициент усил е ния, коэффициент k может достигать больших значений, например k =3,33-10 5 для микровольт метра В2-25. Вследствие этого у микровольтметров верхний предел измерений при наивысшей чувствительности может составлять ед и ницы микровольт. Так, микровольтметр постоянного тока В2-25 имеет верхние пределы измерений 3, 10— 300, 1000 мкВ при основной пр ив е денной погрешности ± (0,5— 6) %. Недостатками вольтметров являются трудность изменения предела и з мерений, из-за чего приборы выполняются, как правило, однопредельными, и низкая чувствительность (верхний предел измерений не менее десятков вольт), что определяет преимущественное их использование для измерения высоких напряжений. Н еобходимость питания от стабильных источников п о стоянного или переменного напряжения; необходимость в электрической у с тановке стрелки измерителя на нуль или калибровке вольтметра перед нач а лом измерений; сравнительно большая погрешность измерений (до 3— 5%). Ш калу любого электронного вольтметра градуируют в среднеквадратических (действующих) значениях напряжения синусоидальной формы. Исключение составляют импульсные вольтметры, шкалу которых градуируют в ампл и тудных значениях. Преимущества Электронные вольтметры о бладают высокой чувствительностью, выс о ким входным сопротивлением, широким диапазоном измеряемых напряж е ний, могут работать в широком диапазоне частот. Диапазон измерений Электронные вольтметры о бладаю т широким диапазоном измеряемых напряжений: от десятков нановольт на постоянном токе до десятков кил о вольт, работают в частотном диапазоне от постоянного тока до частот поря д ка сотен мегагерц, входное сопротивление более 1 МОм. Вольтметры с уравновешивающим преобразованием, как правило, имеют более высокие классы точности: 0,2 – 2,5. Список используемой литературы: 1. Аналоговые электроизмеритель ные приборы: Учебное пособие для в у зов/Ф.С.Дмитриев, Е.А.Киселева, Г.П.Лебедев и др.; Под ред. А.А.Преображенского.: Учебник М .: Выcшая школа, 1979 . 2. Основы метро логии и электрические измерения : Учебник для вузов / Б.Я. Андреев, Е.М. Антонюк, Е.М.Душин и др. Под ред. Е.М. Душина. - 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.- 480 с.: ил. 3. Алукер. Электро-измерительные приборы.

Приложенные файлы


Добавить комментарий