Помехозащищенность цифрового вольтметра, страница 9

Таким образом, номинальным значениям всех пяти диапазонов измерения соответствуют U=1 В на выходе. Резисторы должны быть точными и стабильными. Применяются проволочные резисторы их манганина и других сплавов, в частности из литого микропровода в стеклянной изоляции [24]. Специально для ЦВ отечественная промышленность разработала входные делители напряжения типа ДНМ с номинальными значениями коэффициента деления 1, 10, 100. 1000, общим сопротивлением 10 МОм кОм, погрешностью коэффициентов деления не более 0,01-0,002%, температурным коэффициентом отношения не более . Они представляют собой набор четырех резисторов их литого микропровода в стеклянной изоляции, намотанных на один каркас. В корпусе делителя находятся также переменные подстроечные резисторы, которые позволяют подгонять коэффициенты деления с точностью до 0,001 %.

Примеры. 1. ДНМ-7Б имеет входное сопротивление 10 МОм кОм; погрешность подгонки коэффициентов деления 10, 100, 1000 не более ; температурный коэффициент отношения - не более  ; нестабильность коэффициентов деления за 5000 ч работы -  не более ; габариты 1554072 мм; масса 450 г.

2. ДНМ-9 имеет на порядок худшие значения погрешности подгонки и температурного коэффициента, но габариты 701313 мм и массу 20 г.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное

Периодическое напряжение любой формы можно характеризовать несколькими значениями:

амплитудным ;

средним выпрямленным:

                                                                                                          (41);

средним квадратическим (действующим):

                                                                                                    (42);

Последнее является наиболее широко распространенной характеристикой.

Для вполне определяемой формы кривой напряжения взаимосвязь всех трех указанных значений известна. Например, для синусоиды ; . В этом случае безразлично, на какое именно значение реагирует преобразователь. Пусть, например, он реагирует на , т.е. его выходное напряжение постоянного тока U_ пропорционально , а результат измерения должен соответствовать среднему квадратическому значению U. Если при этом ставится ограничение, что измеряться всегда будет синусоидальное напряжение, то такой преобразователь будет вполне пригоден, так как коэффициент формы 1,11 может быть раз навсегда уничтожен. Но если входное напряжение будет отличаться от синусоидального, то возникает методическая. С этой точки зрения их двух преобразователей, один из которых реагирует на , а другой - , для измерения U предпочтительней первый, так как даже при сравнительно сильных искажениях синусоиды коэффициент формы U/ гораздо меньше отличается от 1,11, чем коэффициент амплитуды /U отличается от .

Если же хотим, чтобы указанная методическая погрешность вовсе не возникала, нужно, чтобы преобразователь реагировал на то самое значение, которое требует измерять. Вместе с тем надо сказать, что преобразователи проще →U_, чем U→U_.

Все сказанное в значительной мере определило существование трех групп преобразователей:

1)  →U_,  для измерения U синусоидальных напряжений (преобразователи среднего выпрямленного значения);

2)  →U_,   для измерения U периодических напряжений любой формы (преобразователи среднего квадратического значения);

3)  →U_,  для измерения U импульсных напряжений (преобразователи амплитудного значения).

Последние применяются редко. Только в специальных импульсных ЦВ.

Остановимся более подробно на первых двух группах.

Преобразователи среднего выпрямленного значения.

Простейшие схемы без усилителей не могут обеспечить высокой линейности и стабильности функции преобразования →U_ из-за  нелинейности и температурных изменений вольт-амперных характеристик диодов. В современных ЦВ получили распространение схемы с операционными усилителями. На рис. 22,а показана схема, обеспечивающая однополупериодное выпрямление.

Благодаря поочередной работе двух симметрических ветвей с диодами  и   и резисторами , , в каждой из этих ветвей происходит однополупериодное выпрямление, но ток обратной связи, протекающий по резистору , оказывается синусоидальным. Постоянная составляющая напряжения в точке А (рис. 22,б) выделяется фильтром , С. Очень важно, что диод  находится в прямом тракте, а не в цепи отрицательной обратной связи, поэтому нелинейность и нестабильность его характеристик почти не влияют на функцию преобразования. На выходе образуется напряжение постоянного тока, значение которого определяется выражением

                                 .

Если выбрать , то U_ будет без учета погрешностей равно среднему квадратическому значению U входного синусоидального напряжения. При большем значении отношения  преобразователь будет выполнять также и функцию усиления. Небольшое усложнение рассмотренного варианта позволяет получить двухполупериодное выпрямление, что облегчает требования к фильтру (рис. 23,а). Часть схемы, содержащая операционный усилитель , резисторы  и диоды , , аналогична уже рассмотренному однополупериодному выпрямителю (рис. 22,а), но без фильтра. Отличие состоит в том, что сопротивления всех трех резисторов выбираются равными и в том, что выходное напряжение снимается не с точки А, а с точки В. то напряжение  представляет собой отрицательные полуволны синусоиды, равные и противофазные полуволнам входного напряжения (рис. 23,б). Остальная часть схемы, содержащей операционный усилитель , резисторы  и конденсатор С, представляют собой сочетание сумматора и фильтра. Сначала представим, что конденсатор отключен. В этом случае без учета погрешностей выходное напряжение можно представить в виде