3.1.1 Амплітудний (піковий) вольтметр

Покази амплітудного вольтметра прямо пропорційні амплітудному значенню змінної напруги незалежно від форми кривої напруги. Такої властивості не має жодна із систем електромеханічних приладів.

Амплітудні вольтметри будуються за схемою детектор-підсилювач і тому мають найширший частотний діапазон (від десятків Гц до одиниць ГГц).

Структурна схема амплітудного вольтметра із закритим входом наведена на рис.3.5.

Рисунок 3.5

Вимірювана напруга u(t) подається через вхідний пристрій ВП на вхід пікового детектора із закритим входом VD1, C1. На ідентичний піковий детектор VD2, C2 подається компенсувальна напруга з частотою близькою до 100 кГц, сформована у колі зворотного зв’язку генератором-модулятором. Постійні напруги, що дорівнюють амплітудним значенням вимірюваної U_x і компенсувальної U_k напруг, порівнюються на резисторах R1, R2. Різницева напруга U_x – U_k фільтрується конденсаторами C3 і С4 та подається на підсилювач постійного струму А1 із високим коефіцієнтом підсилення.

Якщо напруга на виході А1 має позитивну полярність U_x – U_k>0, що свідчить про перевищення вимірюваної напруги U_x над компенсувальною U_k, або відсутність останньої, то запускається раніше закритий генератор-модулятор, і компенсувальна напруга надходить через подільник зворотного зв’язку ППЗ на детектор VD2, C2 і паралельно на перетворювач змінної напруги у постійну U1, яка вимірюється магнітоелектричним вольтметром V.

Перевищення U_k над U_x призводить до закривання генератора-модулятора G.

За подібною схемою працюють амплітудні вольтметри В3-36, В3-43. Основна похибка на частотах до 30 МГц складає 4...6%, а на частотах до 1 ГГц – 25%.

3.1.2 Вольтметр середніх квадратичних значень

Вимірювання середніх квадратичних значень (СКЗ) змінних напруг вимагає перетворювача змінної напруги в постійну, що має квадратичну характеристику. Якщо цю постійну напругу подати на магнітоелектричний вольтметр, то покази останнього будуть пропорційні квадрату СКЗ. Тому під час градуювання шкали необхідно виконати операцію добування кореня. Але в даному випадку шкала вольтметра буде нерівномірною.

Підкреслимо одну важливу обставину: градуювання вольтметра з квадратичним детектором у СКЗ не залежить від форми напруги, за допомогою якої здійснювалось градуювання. Саме тому вольтметри СКЗ забезпечують найвищу точність при вимірюванні СКЗ змінних напруг, які мають велику кількість гармонік.

На рис.3.6 подано структурну схему вольтметра СКЗ змінних напруг у діапазоні від десятків Гц до десятків МГц, яка реалізована за схемою підсилювач-детектор.

Рисунок 3.6

У цьому вольтметрі діючих значень із рівномірною шкалою використовується два квадратичних перетворювачі Тп1 і Тп2, один з яких ввімкнено в коло негативного зворотного зв’язку.

В якості таких перетворювачів використовуються термоперетворювачі, для яких термо-е.р.с. відповідно дорівнюють:

, (3.3)

де I₁, I₂ – струми, що проходять через нагрівачі термопар; k₁, k₂ – коефіцієнти, що залежать від властивостей термоперетворювачів.

Вихідний струм I₁ широкосмугового підсилювача А1 змінного струму пропорційний вимірюваній напрузі, тобто

, (3.4)

тому

. (3.5)

При великому коефіцієнті підсилення А2 його вихідний сигнал

. (3.6)

Як наслідок

, (3.7)

і відхилення кута повороту рухомої частини магнітоелектричного вимірювального механізму ВМ

, (3.8)

де - постійна вольтметра.

В зв’язку з тим, що K_V =const, такі вольтметри мають лінійну статичну характеристику і рівномірну шкалу.

Як приклад можна навести мілівольтметри змінного струму В3-43, В3-40, В3-41.