книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

где 8 — приведенный коэффициент потерь (3 = 0 ,01—0 ,0 2 ); U — эффективное значение измеряемого напряжения;

Свх — входная емкость; со— угловая частота.

Из (2-60) следует, что активная составляющая входного сопро­ тивления уменьшается с возрастанием частоты за счет увеличения потерь в диэлектрике.

Мощность, потребляемая в высокоомном шунтирующем сопро­ тивлении,

и г

где гi — приведенная величина высокоомного шунтирующего сопро­ тивления с учетом угла отсечки при детектировании.

В вольтметрах с анодным детектированием активная -составляю­ щая входного сопротивления равна нескольким мегомам, в элек­ тронных вольтметрах с сеточным детектированием для частот до 10 Мгц — порядка десятых .мегома. В диодных вольтметрах вели­ чина активной составляющей входного сопротивления определяется величиной нагрузочного сопротивления.

Реактивная составляющая будет определяться суммой междуэлектродных емкостей и емкостей схемы, шунтирующих нелинейное сопротивление лампы.

Для электронного вольтметра с анодным детектированием ре­ активная составляющая входного сопротивления

Частотная погрешность электронных вольтметров определяется резонансным эффектом во входной цепи вольтметра, в результате которого напряжение, поступающее на нелинейный элемент вольт­ метра, возрастает по сравнению с измеряемым напряжением; кроме того, шунтирование нелинейного сопротивления лампы ее междуэлектродны.ми емкостями и емкостями схемы снижает эффективность детектирования с возрастанием частоты и приводит к западанию частотной характеристики вольтметра в области высоких частот.

Для устранения частотной погрешности, обусловливаемой резо­ нансным эффектом во входной цепи электронного вольтметра, резо­ нансная частота входной цепи должна быть значительно выше пре­ дельной частоты частотного диапазона . электронного вольтметра. Это достигается уменьшением индуктивности подводящих проводов, выполняемых в виде отрезка коаксиального кабеля, и уменьшением входной емкости вольтметра путем размещения входной лампы сна­ ружи в отдельном пробнике,

69

pax. По сравнению со стрелочными показывающими при­ борами цифровые прйборы обладают рядом преиму­ ществ, поскольку получение результата измерения непо­ средственно в цифровой форме дает возможность использовать его не только для визуального отсчета, но и в регистрирующем, запоминающем и регулирующем устройствах.

В цифровых приборах может быть достигнута высо­ кая точность, устраняются субъективные ошибки опера­ тора, существенно облегчается и ускоряется процесс измерений, тем самым повышается производительность труда. В сочетании с печатным устройством цифровые приборы позволяют полностью автоматизировать про­ цесс измерения и документально регистрировать его ре­ зультаты. В сочетании с электронными вычислительны­ ми машинами цифровые приборы могут быть использо­ ваны для автоматизации производственных процессов. Цифровые приборы находят также применение в теле­ измерениях, которые, как известно, связаны с 'необхо­ димостью передачи результатов измерений в виде ряда дискретных цифровых отсчетов.

Цифровые приборы могут быть классифицированы по видам измерений, технике измерений и способам сравнения измеряемой величины с образцовой в процес­ се измерения. Поскольку измерение многих электриче­ ских и неэлектричеоких величин с помощью соответ­ ствующих преобразователей может быть сведено к изме­ рению напряжения постоянного тока, сопротивления или отсчету числа импульсов, то из приборов с цифровым отсчетом наибольшее применение получили цифровые вольтметры, омметры и электронные счетчики импульсов.

По технике измерений цифровые приборы разде­ ляются на электромеханические и электронные. В элек­ тромеханических приборах автоматизация измерений до­ стигается применением электрических двигателей, реле, шаговых искателей и других электромеханических устройств. В электронных приборах автоматизация их работы осуществляется методами импульсной техники.

В электромеханических и электронных цифровых приборах измерение выполняется нулевым методом пу­ тем сравнения измеряемой величины с образцовой. В зависимости от способа сравнения различаются при­ боры с уравновешиванием и совпадением. При уравно­

71

вешивании значение дискретной величины автоматиче­ ски изменяется до тех пор, пока она не становится рав­ ной измеряемой величине с точностью до единицы наименьшего разряда. При совпадении производится на­ бор постоянных дискретных величин до совпадения их суммы с измеряемой величиной. Различаются три вида уравновешивания: следящее, поразрядное и разверты­ вающее.

При следящем уравновешивании значение дискрет­ ной уравновешивающей величины изменяется (форми­ руется) таким образом, чтобы разность между измеряе-

Рис. 2-45. Схема классификации цифровых приборов.

мой и дискретной величинами в каждый момент време­ ни стремилась к нулю. В приборах с поразрядным уравновешиванием производится последовательный, по­ разрядный обход элементов, формирующих дискретную величину независимо от разности между дискретной и измеряемой величинами. Следящее и поразрядное урав­ новешивание применяются главным образом в электро­ механических приборах. При развертывающем уравно­ вешивании измеряемая величина сравнивается с линей­ но изменяющейся величиной. Этот способ уравновешива­ ния применяется в электронных цифровых вольтметрах. Способ совпадения используется в схемах электронных цифровых вольтметров при измерении амплитуд напря­ жений и интервалов времени с помощью электронных счетчиков импульсов. Схема классификации цифровых приборов приведена на рис. 2-45.

Рассмотрим принцип действия и основные элементы электромеханических цифровых приборов. В электроме-

72

ханических цифровых вольтметрах измерение напряже­ ния .производится путем компенсации измеряемого на­ пряжения образцовым напряжением е помощью автома­ тического потенциометра. Автоматичность компенсации достигается устройством цепи обратной связи. Сигнал, создаваемый разностным напряжением, проходя по этой цепи в прямом направлении, приводит в действие блок управления, который в свою очередь, воздействуя в обратном направлении на потенциометр, осуществляет такой выбор его сопротивления, при котором разностное напряжение уменьшается и практически сводится

Рис. 2-46. Упрощенная блок-схема электромеханического цифрового вольтметра.

к нулю, с точностью до единицы наименьшего разряда. На рис. 2-46 приведена упрощенная типовая блок-схема электромеханического цифрового вольтметра постоянно­ го тока с дискретным поразрядным уравновешиванием. Основными элементами прибора являются блок компен­ сации, нуль-индикатор, блок управления и блок цифро­ вого отсчета.

Блок компенсации служит для сравнения измеряе­ мого и образцового напряжений. Он состоит из потен­ циометра, составленного из ряда декадных автоматиче­ ски переключаемых постоянных сопротивлений, и источ­ ника образцового напряжения с делителем (рис. 2-47). Поскольку постоянные сопротивления, образующие ди­ скретную уравновешивающую цепь, могут быть откалиб­ рованы значительно точнее, чем плавно регулируемые сопротивления, то применение дискретной компенсации в цифровых приборах позволяет существенно повысить точность измерений.

Нуль-индикатор предназначен для преобразования разностного напряжения, получаемого в процессе ком­ пенсации, в сигнал, приводящий в действие блок управ­ ления. Нуль-индикатор должен обладать высокой чув-

73

ствителыностью, 'большим входным сопротивлением, ма­ лым временем установления, большой перегрузочной способностью и достаточной стабильностью работы без

ского набора сопротивлений в процессе компенсации и для приведения в действие блока цифрового отчета. Блок управления состоит из ряда электромагнитных реле, которые при срабатывании под действием сигнала

Рис. 2-47. Сравнение измеряемого и образ­ цового напряжений.

нуль-индикатора замыкают своими контактами те или иные сопротивления в декадах потенциометра и одно­ временно производят надлежащие переключения в це­ пях блока цифрового отсчета.

Блок цифрового отсчета выполняется в виде пла­ стинки, на которой нанесены прозрачные цифры и зна­ ки, освещаемые точечными источниками света, в каче­ стве которых служат малогабаритные осветительные лампочки. Группы реле блока управления, осуществляю­ щие выбор сопротивлений в декадах потенциометра блока компенсации, одновременно включают лампочки соответствующие -числовым значениям выбранных со­ противлений.

Работа электромеханического цифрового вольтметра происходит следующим образом. Измеряемое напряже­

74

мия kUx (где к—коэффициент передачи потенциометра) и образцового компенсирующего .напряжения UK разно­ стное напряжение AUKпоступает на нуль-индикатор, где преобразуется, усиливается и приводит в действие блок управления. При срабатывании реле блока управления контакты их замыкают подключенные к ним сопротивле­ ния потенциометра и, таким образом, производится их автоматический подбор, при котором разностное напря­ жение уменьшается. В результате ряда последователь­ ных автоматических операций осуществляется полная компенсация с точностью до единицы наименьшего раз­ ряда. Контактные группы реле, осуществляющие подбор сопротивлений в декадах потенциометра блока компен­ сации, одновременно включают лампочки в блоке циф­ рового отсчета, освещающие цифры, соответственно зна­ чениям выбранных сопротивлений, а следовательно, измеряемых напряжений. Эти цифры посредством проек­ ционной системы проектируются на экран и отсчиты­ ваются в виде показания прибора.

Электромеханические цифровые вольтметры выпу­ скаются на пределы измерений от 100 мкв до 1 000 в с числом отсчитываемых знаков порядка 3—4. Точность показаний лежит в пределах 0,01—0,1%; время одного отсчета — порядка 1 сек.

Цифровые омметры выполняются в виде автомати­ ческой балансной мостовой схемы, в одно плечо которой включается измеряемое сопротивление, а в противо­ положное плечо — декадный магазин образцовых сопро­ тивлений. Напряжение разбаланса в диагонали моста, преобразованное и усиленное нуль-индикатором, воз­ действует на блок управления, осуществляющий такой выбор величины 1сопротивления магазина, при котором наступает уравновешивание моста. Одновременно блок управления приводит в действие блок цифрового отсче­ та, с помощью которого отсчитывается величина изме­

с образцовой мерой напряжения или с образцовой мерой времени. Принцип действия электронного вольтметра с образцовой мерой напряжения состоит в том, что изме­ ряемое напряжение сравнивается с образцовым, уровень

75

которого Дискретно изменяется соответственно числу импульсов, .прошедших через источник компенсирующе­ го напряжения (рис. 2-48). Блок-схема электронного цифрового вольтметра с образцовой мерой напряжения показана на рис. 2-49. Она содержит: компенсирующее устройство для сравнения измеряемого и образцового

пают импульсы на источник компенсирующего напряже­ ния и счетчик импульсов. Каждый импульс дискретно повышает компенсирующее напряжение на определен-

Рис. 2-49. Блок-схема электронного цифрового вольт­ метра с образцовой мерой напряжения.

76

ную заданную 'величину, и в момент уравновешивания измеряемого напряжения компенсирующее устройство срабатывает и выключает электронный переключатель. Электронный счетчик отсчитывает число импульсов, про­ шедшее от момента начала накопления напряжения до

интервале времени (рис. 2-50). Блоксхема электронного цифрового вольтметра с образцовой

мерой времени показана на рис. 2-51. При включении прибора генератор управляющих импульсов запускает генератор линейно изменяющегося напряжения и одно­ временно открывает электронный переключатель. Образ-

Рис. 2-51. Блок-схема электронного цифрового вольтметра с образцовой мерой времени.

цовый генератор выдает импульсы, калиброванные по частоте и длительности, число которых отсчитывается электронным счетчиком. Измеряемое напряжение посту­ пает на компенсирующее устройство, где сравнивается с линейно изменяющимся напряжением. В момент урав­

77

нивания напряжений компенсирующее устройство сраба­ тывает и выключает электронный переключатель. При этом измеряемое напряжение

Ux = Ш ,

где k — коэффициент пропорциональности;

At — время нарастания компенсирующего напряжения от нуля до измеряемой величины.

Показание счетчика будет соответствовать числу им­ пульсов п, укладывающихся в интервале времени At, т.е.

At = пт,

где х — длительность образцового импульса. Таким образом, измеряемое напряжение

Ux = k'zn,

т. е. будет пропорционально показанию электронного счетчика.

Точность электронных цифровых вольтметров опреде­ ляется в основном погрешностью сравнения и составляет порядка 0,1%.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ИЗМ1ЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПЕЙ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ п о с т о я н н ы м и

3-1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ и н д у к т и в н о с т и , ЕМКОСТИ И АКТИВНОГО с о п р о т и в л е н и я

Основными методами измерения индуктивности, емкости и активного сопротивления являются следую­ щие: метод непосредственной оценки, метод вольтмет­ ра — амперметра, метод моста, резонансный метод, ме­ тод замещения, метод вариации параметров и дифферен­ циальный метод.

Метод непосредственной оценки

Метод непосредственной оценки используется в изме­ рителях индуктивности и емкости с непосредственным отсчетом измеряемой величины по шкале прибора (рис. 3-1,а) и омметрах (рис. 3-1,6). В измерителях

78