Основы теоретической метрологии. Методы и средства измерения линейных размеров и углов. Методы и средства измерения отклонений формы и шероховатости поверхности. Методы и средства неразрушающего контроля, страница 42

Электронные вольтметры переменного тока выполняют по двум структурным схемам (рис.1, в, г). В первой из этих схем измеряемое переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное преобразователем Пр, а затем усиливается усилителем постоянного тока. Во второй схеме усиление производится на переменном токе и лишь затем предварительно усиленный сигнал преобразуется преобразователем Пр в постоянной ток. Эти схемы дополняют друг друга. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. Вольтметры, построенные по первой схеме, позволяют измерять напряжение переменного тока в широком частотном диапазоне (10 Гц - 1 000 МГц), но не дают возможности измерять напряжения меньше нескольких десятых долей вольта, так как детектор выпрямляет только достаточно большие напряжения. Вторая схема позволяет строить более чувствительные вольтметры, нижний предел измерения которых составляет всего лишь единицы микровольт. Однако такие приборы имеют меньший частотный диапазон, поскольку частотный диапазон усилителя переменного тока трудно сделать достаточно широким.

Характеристики электронных измерительных приборов переменного тока, как аналоговых, так и цифровых, и характер их шкал определяются схемой преобразования (детектора). Различают преобразователи амплитудного (пикового), средневыпрямленного, среднеквадратичного значений, преобразующие переменное напряжение в постоянное, пропорциональное по уровню соответствующему параметру напряжения.

Амплитудное - это наибольшее по модулю значение Um.

Средневыпрямленное определяется выражением

Среднеквадратическое (действующее) определяется выражением

.

Эти параметры связаны между собой коэффициентами:

амплитуды(пик-фактор) Ka = Um/U; формы (форм-фактор) Kф= U/Uср.вусреднения Kу = Um/Uср.в. Для сигналов синусоидальной формы Ka= 1,41; Kф = 1,11; Kу = 1,57. Для прямоугольных импульсов со скважностью Q = T / t , К у = Q .

Вход преобразователей относительно постоянной составляющей измеряемого напряжения может быть открытым либо закрытым (с разделительным конденсатором).

В преобразователях средневыпрямленного значения показания миллиамперметра пропорциональны средневыпрямленному значению Ucp в измеряемого напряжения u(t), т. е. a = kUcp в. Преобразователи выполняют на полупроводниковых диодах, работающих в цепях одно- и двухполупериодного выпрямления. Наиболее распространенные схемы - мостовые(рис.2).

Рис. 2. Схема преобразователя средневыпрямленных значений

Они работают следующим образом. Ток через микроамперметр протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов переменного напряжения (в положительный полупериод по цепи VD1RVD3, а в отрицательный полупериод - по цепи VD2RVD4). При использовании линейного участка характеристики диода и при открытом входе показания микроамперметра пропорциональны сумме средневыпрямленного значения измеряемого напряжения и постоянной составляющей. Если же вход преобразователя закрытый, то показания микроамперметра пропорциональны только средневыпрямленному значению переменной составляющей измеряемого напряжения.

 Амплитудные преобразователи содержат диод и конденсатор, который заряжается до максимального значения измеряемого напряжения.

Схема амплитудного преобразователя с открытым входом имеет вид, показанный на рис.3,а.

Рис 3. Амплитудный преобразователь с открытым входом

В этой схеме при гармоническом измеряемом напряжении происходит заряд кА конденсатора С через прямое сопротивление диода VD и внутреннее сопротивление источника при положительных полупериодах приложенного напряжения. При отрицательных полупериодах конденсатор разряжается через большое сопротивление R. В установившемся режиме (рис.3, б) конденсатор заряжен до напряжения, близкого к амплитудному значению. Подзарядка происходит только в течение малой части периода, характеризуемого углом отсечки. В эти моменты времени измеряемое напряжение превышает напряжение на емкости. Среднее значение U C всегда меньше максимального Um на значение