1.5.Преобразователь действующего (среднеквадратичного) значения.

Такие преобразователи имеют более сложное построение и применяются в тех случаях, когда необходимо измерить действующее значение переменного напряжения неизвестной формы. Преобразователь должен выполнять следующие операции:

-возведение в квадрат мгновенных значений напряжения,

-интегрирование,

-извлечение квадратного корня.

Наиболее сложная операция –это возведение в квадрат мгновенных значений напряжения. Эта операция может выполняться на основе электронного элемента с квадратичной вольтамперной характеристикой. В качестве такого элемента могут использоваться полупроводниковые диоды, у которых, как известно, начальный участок вольтамперной характеристики близок к квадратичной функции. Однако этот участок характеристики слишком мал, поэтому для точных приборов этот метод не подходит. Для точных приборов используют схемы квадратичной аппроксимации участками линейной функции. Чем больше участков линейной функции, тем точнее получают квадратичную вольтамперную характеристику. Однако такие схемы громоздки и используются редко.

Операция интегрирования осуществляется на аналоговых интеграторах, которые используют конденсатор, как основной интегрирующий элемент. Для повышения точности интегратора применяют усилители постоянного тока. При применении электромеханических отсчетных устройств операция интегрирования выполняется в самом отсчетном устройстве за счет инерционности стрелки прибора и других механических узлов.

Операция извлечения квадратного корня осуществляется путем нелинейной градуировки шкалы прибора.

На практике применяют также термоэлектрические преобразователи. В них используется следующий физический эффект: Если на нагреватель подать переменный электрический ток, то количество выделенного тепла будет пропорционально действующему значению переменного тока. Если выделенное тепло направить на термопару, то ток с термопары окажется пропорциональным количеству выделенного тепла, то-есть, действующему значению переменного тока. На рис. 13 дана структурная схема прибора на основе термопреобразователя.

Рис. 13

Измеряемый переменный ток подается на нагреватель, тепло от которого поступает на термопару. Термоток с термопары подается на стрелочный измерительный прибор магнитоэлектрической системы. Показание прибора будет соответствовать действующему значению измеряемого переменного тока. Нагреватель и термопара изготавливаются в одном корпусе, такое устройство называется термоэлектрическим датчиком.

Достоинство прибора: широкий частотный диапазон, в том числе СВЧ.

Недостаток: низкий класс точности.

Применяется:

- при измерениях переменных напряжений и токов со сложной формой сигнала,

-при измерении мощности шумового сигнала,

-при СВЧ измерениях.

1.6.Электронные аналоговые вольтметры.

Одним из недостатков электромеханических измерителей является тот факт, что для функционирования прибора необходима энергия, которая отбирается от измеряемой цепи. Исключением является измерение сопротивлений, так как в этом режиме измерений на сопротивление подается ток от внешнего источника, обычно от гальванического элемента. Следовательно, прибор, включенный в исследуемую цепь, изменяет её режим работы. Это приводит к возникновению методической ошибки измерений и может привести к сбоям в работе схемы. Например, подключение стрелочного тестера к схеме выполненной на маломощных полевых транзисторах иногда приводит к таким изменениям в работе схемы, что она начинает работать неправильно.

Для идеального вольтметра входное сопротивление должно стремиться к бесконечности, а для идеального амперметра внутреннее сопротивление должно стремиться к нулю. Эти требования можно частично реализовать в электронных приборах за счет введения в их состав усилителей.

Современные электронные вольтметры имеют следующие метрологические характеристики:

Диапазон измерений - 100мкВ …..1000В.

Порог чувствительности – 10мкВ.

Входное сопротивление - более 100 Мом.

Класс точности – сотые доли процента.

Учитывая то, что стоимость электронных вольтметров в настоящее время уменьшилась, они практически вытеснили с рынка электромеханические измерители напряжений токов сопротивлений.

Электронные приборы, которые кроме напряжения измеряют также токи, сопротивления и другие параметры электрической цепи иногда называют мультиметрами.

Электронные вольтметры могут быть аналоговые и цифровые.

Рис. 14

На рис. 14. приведена структурная схема аналогового электронного вольтметра.

ВУ- входное устройство. Оно содержит устройство переключения рода работы и устройство переключения пределов. Данные устройства подробно будут рассмотрены при изучении цифрового вольтметра.

У –усилитель переменного тока.

Д- детектор, были рассмотрены ранее.

УПТ – усилитель постоянного тока.

МЭС магнитоэлектрическая измерительная головка, также были рассмотрены ранее. Переключатель П1 устанавливает режим измерения постоянного или переменного тока. Благодаря наличию в схеме усилителей переменного и постоянного тока осуществляется усиление по мощности и по напряжению входных сигналов, что позволяет значительно улучшить метрологические характеристики вольтметра. Электронные аналоговые вольтметры в настоящее время применяются для измерения малых токов и напряжений. Однако наличие в их составе измерительной магнитоэлектрической головки делают их менее привлекательными по сравнению с цифровыми вольтметрами.