Реферат: Электронные вольтметры

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Государственного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования

«Алтайский государственный технический университетимени И.И.Ползунова»

 

РЕФЕРАТПо курсу: «Аналоговые измерительные приборы»

Тема: «Электронныевольтметры»

                                                                

                                                                      Выполнил:  студент гр.ИИТТ-22                                             

                                        Меркулов И.В.

                                                            Проверил:   Максачук А.И.

Бийск 2004 г.

Введение

Электроннымвольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронныхприборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжениеуправляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивлениеэлектронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускаютзначительные перегрузки.

В электронныхвольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь иизмерительный механизм. Электронный преобразователь может быть ламповым илиполупроводниковым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический.


/>Измерительный механизм

Рис.2.2

Электронный вольтметр состоит из ИЦ, ИМ и ОУ. Конструктивноизмерительный механизм может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижнойкатушкой. На рис. 2.2 показана конструкция прибора с подвижной катушкой.

Постоянный магнит 1, магнитопровод сполюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляютмагнитную систему механизма.

В зазоре между полюсными наконечниками исердечником создается сильное равномерное радиальное магнитное поле, в которомнаходится подвижная прямоугольная катушка 4, намотанная медным илиалюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (применяют и бескаркасные рамки).Катушка (рамка) может поворачиваться в зазоре на полуосях 5 и 6. Спиральныепружины 7 и 8 создают противодействующий момент и используютсядля подачи измеряемого тока от выходных зажимов прибора в рамку (механические иэлектрические соединения на рисунке не показаны). Рамка жестко соединена и сострелкой 9. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики10. Проходя по проводникам обмотки рамки, ток взаимодействует смагнитным потоком постоянного магнита, что вызывает появление механических сил F, создающих вращающиймомент Мвр, стремящийся повернуть рамку.

Мвр = 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 вращающегомомента для всех электронный вольтметров. Противодействующий момент в приборахнеобходим для создания однозначного соответствия измеряемой величины определенномууглу отклонения подвижной части. В случае, когда противодействующий моментсоздается спиральной пружиной, противодействующий момент будет

Мпр = Da,                                                 (2.2)

где D— удельныйпротиводействующий момент, зависящий от геометрических размеров и материалапружины (растяжек).

Электронныевольтметры подразделяют на:

1. Установкидля поверки вольтметров

2. Вольтметрыпостоянного тока

3. Вольтметрыпеременного тока

4. Вольтметрыимпульсного тока

5. Фазочувствительные

6.Селективные

7.Универсальные

1.  Установкидля поверки вольтметров – это приборы, предназначенные для настройки,регулирования и поверки измерителей напряжения. Основой для этих приборов служитисточники напряжения калиброванного уровня.

2.Отличительной особенностью электронных вольтметров на постоянном токе – ихбольшое входное сопротивление, благодаря этому их можно применять для измерениянапряжения на участке цепи.

3. Наиболее распространенными и универсальнымиприборами являются электронные вольтметры переменного тока. У них высокаячувствительность и широкие пределы измерений, которые при использованииусилителей и делителей напряжения охватывают область напряжений от единицмикровольт до тысяч вольт; малая входная емкость (единицы пикофарад) и высокоевходное активное сопротивление (до десятков мегом); обширный диапазон рабочихчастот (от десятков герц до сотен мегагерц); способность выдерживать большиеперегрузки.

4. Импульсные предназначены, для измеренияодиночных и повторяющихся импульсных и импульсно-моделирующих напряжений вдиапазоне длительности от нескольких наносекунд до десятков миллисекунд.Некоторые импульсные используются для измерения амплитудных значений напряженияна переменном токе. Кроме того, можно использовать для измерения постоянногонапряжения.

5. Фазочувствительныевольтметры применяются при снятии амплитудно-частотных и фазово-частотныххарактеристик различных низкочастотных четырехполюсников — усилителей, фильтрови др.

6.Селективные — электронные вольтметры, на входе которых предусмотрены избирающие,подстраивающие устройства. Ими можно измерять высокочастотные напряжения вприсутствии помех.

7.Универсальные.  Измеряют напряжение, как на постоянном, так и на переменномтоке. Позволяют измерять силу тока в цепях постоянного тока.

Вольтметры постоянноготока

Входное устройство

/>

Усилитель постоянного тока

/>

Измерительный механизм

/> />

Рис.2.28

Где ВУ – входное устройство, УПТ – усилительпостоянного тока, ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм.

Электронныевольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 2.28.Измеряемое напряжение Vподается на входное устройство, представляющеесобой многопредельный высокоомный делитель на резисторах. С делителя напряжениепоступает на усилитель постоянного тока и далее — на измерительный механизм.Делитель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряжение дозначений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма.Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входнойцепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма.

Последовательное соединение делителянапряжения и усилителя является характерной особенностью построения всех электронныхвольтметров. Такая структура позволяет делать вольтметры высокочувствительными и многопредельными за счет изменения в широких пределах их общего коэффициента преобразования.Однако повышение чувствительности вольтметровпостоянного тока путем увеличения коэффициента усиления УПТ наталкиваетсяна технические трудности из-за нестабильностиработы УПТ, характеризующейся изменением kУПT<sub/>и дрейфом «нуля» (самопроизвольным изменениемвыходного сигнала) усилителя. Поэтому в таких вольтметрах, какправило, kУПT ≈1, а основное назначение УПТ — обеспечить большое входное сопротивление вольтметра. В связи с этимверхний предел измерений таких вольтметров не бывает ниже десятков или единицмилливольт.

Для уменьшения влияния нестабильности УПТ в вольтметрахпредусматривают возможность регулировки перед измерением «нуля» и коэффициента преобразования усилителя.

Угол отклонения указателяизмерительного механизма α= kВУkУПTSUUx==kVUx, гдеkВУ, kУПT— коэффициенты преобразования (усиления) соответственно ВУи УПТ, SU—чувствительность по напряжению измерительногомеханизма; kV—коэффициент преобразования электронного вольтметра; Ux— измеряемое напряжение.

Для создания высокочувствительныхвольтметров постоянного тока (микровольтметров) применяют усилители постоянного тока,построенные по схеме М — ДМ (модулятор — демодулятор).

Генератор управляет работой модулятора и демодулятора, представляющих собой в простейшем случае аналоговыеключи, синхронно замыкая и размыкая их с некоторой частотой. На выходе модулятора возникает однополярныйимпульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому напряжению. Переменная составляющая этого сигналаусиливается усилителем, а затемвыпрямляется демодулятором. Применение управляемого демодулятора делаетвольтметр чувствительным к полярности входногосигнала.

Среднее значение напряжения выходногосигнала пропорционально входному напряжению Uср= kUx. Поскольку такая схемаусилителяпозволяет практически убрать дрейф «нуля» и имеет стабильный коэффициент усиления, коэффициент kможет достигатьбольших значений, например k=3,33-105для микровольтметра В2-25. Вследствие этого у микровольтметров верхний пределизмерений при наивысшей чувствительности может составлять единицы микровольт.Так, микровольтметр постоянного тока В2-25 имеет верхниепределы измерений 3, 10—300, 1000 мкВ при основной приведенной погрешности± (0,5—6)%.

Недостатками вольтметров являются трудностьизменения предела измерений, из-за чего приборы выполняются, как правило,однопредельными, и низкая чувствительность (верхний предел измерений не менеедесятков вольт), что определяет преимущественное их использование для измерениявысоких напряжений. Необходимость питания от стабильных источников постоянногоили переменного напряжения; необходимость в электрической установке стрелкиизмерителя на нуль или калибровке вольтметра перед началом измерений;сравнительно большая погрешность измерений (до 3—5%). Шкалу любого электронноговольтметра градуируют в среднеквадратических (действующих) значениях напряжениясинусоидальной формы. Исключение составляют импульсные вольтметры, шкалукоторых градуируют в амплитудных значениях.

Преимущества

Электронные вольтметры обладают высокойчувствительностью, высоким входным сопротивлением, широким диапазономизмеряемых напряжений, могут работать в широком диапазоне частот.

Диапазон измерений

Электронные вольтметры обладают широкимдиапазоном измеряемых напряжений: от десятков нановольт на постоянном токе додесятков киловольт, работают в частотном диапазоне от постоянного тока дочастот порядка сотен мегагерц, входное сопротивление более 1 МОм.

Вольтметры с уравновешивающим преобразованием,как правило, имеют более высокие классы точности: 0,2 – 2,5.


Списокиспользуемой литературы:

1.  Аналоговыеэлектроизмерительные приборы: Учебное пособие для вузов/Ф.С.Дмитриев, Е.А.Киселева,Г.П.Лебедев и др.; Под ред. А.А.Преображенского.: Учебник М.: Выcшая школа, 1979.

2.  Основыметрологии 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.

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике