Краткие теоретические сведения. Классификация электронных вольтметров (ЭВ) устанавливается ГОСТ 15094—69

Классификация электронных вольтметров (ЭВ) устанавливается ГОСТ 15094—69. Прописная буква В означает, что этот прибор предназначен для измерения напряжения.

В соответствии с основной выполняемой функцией вольтметры делятся на несколько видов. Каждому виду присваивается буквенно-цифровое обозначение. Рассмотрим основные виды: образцовые (В1); постоянного тока (В2); переменного тока (ВЗ); импульсного тока (В4); универсальные (В7).

Внутри каждого вида различают модели вольтметров. Номера моде­лей определяют очередность разработки и совокупность технических характеристик. Например, обозначение ВЗ-57 свидетельствует о том, что это вольтметр переменного тока 57-й модели.

Кроме того, ЭВ классифицируются по другим признакам:

• типу индикатора (аналоговые и цифровые);

• методу измерения (прямого сравнения с мерой и нулевые);

• измеряемому параметру напряжения (амплитудного, среднеква­дратичного, средневыпрямленного значения);

• частотному диапазону (низкочастотные, высокочастотные и широ­кодиапазонные);

• схеме входа (с открытым и закрытым входом для постоянной со­ставляющей тока);

• последовательности расположения усилителя и детектора, (усилитель—детектор и детектор—усилитель).

В общем виде структурная схема аналогового вольтметра состоит из индикатора, преобразователя и входного устройства.

Индикатором в аналоговых вольтметрах служит магнито­электрический механизм.

Преобразователь служит для обеспечения измерения напряжения сигналов малой мощности, а также напряжений переменного тока и из­меняет сигнал таким образом, чтобы обеспечить эффект воздействия на отсчетный прибор. Если вольтметр предназначен для измерения на­пряжений постоянного тока, то входной сигнал необходимо изменять только по значению. Преобразователь таких вольтметров выполнен в виде усилителя постоянного тока. Если же вольтметр предназначен для работы в цепях переменного тока, то наряду с увеличением зна­чения входного сигнала необходимо преобразовать частотный спектр так, чтобы в его составе появилась постоянная составляющая. Для это­го в преобразователе используют нелинейные элементы — диоды, по­лучившие название детекторов.

Входное устройство предназначено для согласования входа пре­образователя с исследуемым объектом измерения. Его элементы вы­полняют различные функции: с помощью аттенюатора выбирается необходимый предел измерений, с помощью разделительного конден­сатора предотвращается попадание на вход преобразователя посто­янной составляющей напряжения исследуемого сигнала, с помощью эмиттерного повторителя увеличивается входное сопротивление.

На рисунке 1 приведены структурные схемы аналоговых ЭВ двух типов.

Рис. 1 Структурные схемы аналоговых ЭВ типа У-Д (а) и типа Д-У (б)

Особенностью ЭВ типа У—Д является высокая чувствительность благодаря наличию усилителя на входе и узкий частотный диапазон (20 Гц... 10 МГц).

Вольтметры этого типа измеряют только напряже­ние переменного тока.

Вольтметры типа Д—У характеризуются широким частотным диа­пазоном (от 20 Гц до нескольких ГГц) и низкой чувствительностью. Вольтметры этого типа могут использоваться при измерении напря­жений переменного или постоянного тока, т.е. они являются универ­сальными.

Входное сопротивление ЭВ — важный параметр, определяющий возможность его применения в конкретных условиях. Это объясня­ется тем, что любое подключение измерительного прибора, имеющего конечное значение входного сопротивления, нарушает электрическое состояние исследуемого объекта и вызывает погрешность измерения. Для уменьшения погрешности измерения входное сопротивление ЭВ должно быть много больше сопротивления подключаемого объекта измерения.

Все сказанное выше относится как к низким, так и к высоким часто­там. Однако с ростом частоты входное сопротивление ЭВ приобретает комплексный характер из-за влияния входной емкости, которая также яв­ляется важным параметром ЭВ. Поэтому при выборе ЭВ для конкретных измерений необходимо обращать внимание на параметры входной цепи — Свх и R_BX Чем больше входное сопротивление ЭВ, тем лучше, а входная ем­кость наоборот — чем меньше, тем лучше (шире частотный диапазон).

Одной из важных характеристик ЭВ является зависимость пока­заний от частоты измеряемого напряжения. Полосу частот, в преде­лах которой погрешность измерения не превосходит нормированного (указанного в паспорте) значения, называют частотным диапазоном, и его границы также приводятся в паспорте на ЭВ.

Для увеличения верхней граничной частоты частотного диапазона применяют специальные меры по уменьшению Свх и Lвх вольтметра, для чего детектор помещают в выносном пробнике.

Таким образом, при выборе ЭВ необходимо знать его основные ме­трологический характеристики:

• диапазон измеряемых напряжений;

• частотный диапазон;

• допустимую погрешность;

• род тока.

На рисунке 2.2 приведена амплитудно-частотная характеристика электронного вольтметра: U = f(F).

I. Подготовка к работе:

• повторить теоретический материал:

по организации компьютерной промышленной сети RS-485 с применением адаптера связи АС 4 (USB / RS-485);

• по подключению различных первичных преобразователей технологической информации к МВА 8.

Порядок выполнения работы:

• определить цену деления шкалы (постоянную прибора) и чувстви­тельность на разных пределах аналогового вольтметра;

• измерить напряжение и определить приведенную погрешность аналогового вольтметра;

• определить входное сопротивление аналогового вольтметра;

• определить граничную частоту частотного дапазона аналогового вольтметра в области высоких частот;

• составить отчет;

• письменно сформулировать выводы по результатам работы.

Определение цены деления шкалы (постоянной прибора) и чув­ствительности на разных пределах аналогового вольтметра.

Не вклю­чая вольтметр ВЗ-38, определить цену деления с шкалы и чувствитель­ность прибора s на указанных в табл. 1 пределах.

Результаты определения цены деления шкалы и чувствительности вольтметра

Таблица 1