Реферат: Электронные вольтметры
МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
Государственного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования
«Алтайский государственный технический университетимени И.И.Ползунова»
РЕФЕРАТПо курсу: «Аналоговые измерительные приборы»
Тема: «Электронные вольтметры»
Выполнил: студент гр. ИИТТ-22
Меркулов И.В.
Проверил: Максачук А.И.
Бийск2004 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.
<img src="/cache/referats/18492/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1029">Измерительный механизм
Рис.2.2
Электронный вольтметр состоитиз ИЦ, ИМ и ОУ. Конструктивно измерительный механизм может быть выполнен либос подвижным магнитом, либо с подвижной катушкой. На рис. 2.2 показана конструкцияприбора с подвижной катушкой.
Постоянный магнит 1,магнитопроводс полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляютмагнитную систему механизма.
В зазоре между полюсныминаконечниками и сердечником создается сильное равномерное радиальное магнитноеполе, в котором находится подвижная прямоугольная катушка 4, намотаннаямедным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (применяют ибескаркасные рамки). Катушка (рамка) может поворачиваться в зазоре на полуосях5 и 6. Спиральные пружины 7и 8 создают противодействующий момент и используются для подачиизмеряемого тока от выходных зажимов прибора в рамку (механические иэлектрические соединения на рисунке не показаны). Рамка жестко соединена и сострелкой 9. Для балансировкиподвижной части имеются передвижные грузики 10. Проходяпо проводникам обмотки рамки, ток взаимодействует с магнитным потоком постоянногомагнита, 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 являетсявыражением вращающего момента для всех электронный вольтметров.Противодействующий момент в приборах необходим для создания однозначногосоответствия измеряемой величины определенному углу отклонения подвижной части.В случае, когда противодействующий момент создается спиральной пружиной,противодействующий момент будет
Мпр= Da,<span Arial",«sans-serif»; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;color:black">
(2.2)где D— удельный противодействующий момент, зависящий от геометрическихразмеров и материала пружины (растяжек).
Электронныевольтметры подразделяют на:
1. Установкидля поверки вольтметров
2. Вольтметрыпостоянного тока
3. Вольтметрыпеременного тока
4. Вольтметрыимпульсного тока
5. Фазочувствительные
6.Селективные
7.Универсальные
1. Установки для поверки вольтметров – этоприборы, предназначенные для настройки, регулирования и поверки измерителейнапряжения. Основой для этих приборов служит источники напряжениякалиброванного уровня.
2.Отличительной особенностью электронных вольтметров на постоянном токе – ихбольшое входное сопротивление, благодаря этому их можно применять для измерениянапряжения на участке цепи.
3. Наиболеераспространенными и универсальными приборами являются электронные вольтметры переменноготока. У них высокая чувствительность и широкие пределы измерений, которые прииспользовании усилителей и делителей напряжения охватывают область напряженийот единиц микровольт до тысяч вольт; малая входная емкость (единицы пикофарад)и высокое входное активное сопротивление (до десятков мегом); обширный диапазонрабочих частот (от десятков герц до сотен мегагерц); способность выдерживатьбольшие перегрузки.
4. Импульсныепредназначены, для измерения одиночных и повторяющихся импульсных и импульсно-моделирующихнапряжений в диапазоне длительности от нескольких наносекунд до десятковмиллисекунд. Некоторые импульсные используются для измерения амплитудныхзначений напряжения на переменном токе. Кроме того, можно использовать дляизмерения постоянного напряжения.
5. Фазочувствительные вольтметры применяются при снятииамплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик различных низкочастотныхчетырехполюсников — усилителей, фильтров и др.
6.Селективные — электронные вольтметры, на входе которых предусмотрены избирающие,подстраивающие устройства. Ими можно измерять высокочастотные напряжения вприсутствии помех.
7.Универсальные. Измеряют напряжение, какна постоянном, так и на переменном токе. Позволяют измерять силу тока в цепяхпостоянного тока.
Вольтметры постоянного тока
Входное устройство
Усилитель постоянного тока
Измерительный механизм
Рис.2.28
Где ВУ – входное устройство,УПТ – усилитель постоянного тока, ИМ – магнитоэлектрический измерительныймеханизм.
Электронныевольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 2.28.Измеряемое напряжение Vподается на входное устройство,представляющее собой многопредельный высокоомныйделитель на резисторах. С делителя напряжение поступает на усилительпостоянного тока и далее — на измерительный механизм. Делитель и усилительпостоянного тока ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимыхдля нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилительобеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи прибора с низкимсопротивлением 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 kУПTидрейфом «нуля» (самопроизвольным изменением выходного сигнала)усилителя. Поэтому в таких вольтметрах, как правило, kУПT≈1, а основное назначениеУПТ — обеспечить большое входноесопротивление вольтметра. В связи с этим верхний предел измерений таких вольтметровне бывает ниже десятков или единиц милливольт.
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 ВУ и УПТ, SU—чувствительностьпо напряжению измерительного механизма; kV—коэффициент преобразования электронного вольтметра; Ux— измеряемое напряжение.
Для создания высокочувствительных вольтметровпостоянноготока (микровольтметров) применяют усилителипостоянного 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. Посколькутакая схема усилителяпозволяет практически убрать дрейф «нуля» и имеет стабильный коэффициент усиления, коэффициент kможетдостигать больших значений, например k=3,33-105 для микровольтметраВ2-25. Вследствие этого у микровольтметров верхний пределизмерений при наивысшей чувствительности может составлять единицы микровольт.Так, микровольтметр постоянного токаВ2-25 имеет верхние пределы измерений 3, 10—300, 1000 мкВ при основнойприведенной погрешности ± (0,5—6)%.
Недостатками вольтметровявляются трудность изменения предела измерений,из-за чего приборы выполняются, как правило, однопредельными, и низкаячувствительность (верхний предел измерений не менее десятков вольт), чтоопределяет преимущественное их использование для измерения высоких напряжений. Необходимостьпитания от стабильных источников постоянного или переменного напряжения;необходимость в электрической установке стрелки измерителя на нуль иликалибровке вольтметра перед началом измерений; сравнительно большая погрешностьизмерений (до 3—5%). Шкалу любого электронного вольтметра градуируют всреднеквадратических (действующих) значениях напряжения синусоидальной формы.Исключение составляют импульсные вольтметры, шкалу которых градуируют в амплитудныхзначениях.
Преимущества
Электронные вольтметры обладаютвысокой чувствительностью, высоким входным сопротивлением, широким диапазономизмеряемых напряжений, могут работать в широком диапазоне частот.
Диапазон измерений
Электронные вольтметры обладаютшироким диапазоном измеряемых напряжений: от десятков нановольтна постоянном токе до десятков киловольт, работают в частотном диапазоне отпостоянного тока до частот порядка сотен мегагерц, входное сопротивление более1 МОм.
Вольтметры суравновешивающим преобразованием, как правило, имеют более высокие классыточности: 0,2 – 2,5.
Список используемой литературы:
1.<span Times New Roman"">
Аналоговые электроизмерительныеприборы: Учебное пособие для вузов/Ф.С.Дмитриев, Е.А.Киселева, Г.П.Лебедев идр.; Под ред. А.А.Преображенского.: УчебникМ.: Выcшая школа, 1979.2.<span Times New Roman"">
Основы метрологии иэлектрические 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.<span Times New Roman"">
Алукер. Электро-измерительныеприборы.