В электронных аналоговых измерительных приборах основными функциональными узлами являются различные электронные измерительные преобразователи и другие специальные электронные устройства. В большинстве приборов в качестве выходных устройств используются магнитоэлектрические механизмы, в некоторых – электронно-лучевые трубки (например, в осциллографах).
Среди электронных аналоговых приборов наиболее многочисленную группу составляют приборы для измерения параметров и характеристик сигналов (вольтметры, осциллографы, частотомеры, фазометры и др.), а также приборы для измерения параметров и характеристик электрических и электронных схем, характеристик активных и пассивных двухполюсников и четырехполюсников, измерители сопротивлений, емкости, индуктивности, параметров полупроводниковых приборов и др.
Большинство электронных приборов в зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин разделяются на 20 подгрупп, которые обозначаются русскими прописными буквами. Виды в подгруппе обозначаются арабскими цифрами. Приборы одного вида подразделяются на типы, номер типа отделяется от номера вида черточкой.
Рассмотрим примеры таких обозначений.
Подгруппа В. Приборы для измерения напряжения:
В2 – вольтметры постоянного тока,
В3 – вольтметры переменного тока,
В7 – вольтметры универсальные.
Подгруппа Е. Приборы для измерения параметров цепей с сосредоточенными параметрами:
Е3 – измерители индуктивности,
Е6 – измерители сопротивлений,
Е7 – измерители емкостей.
Подгруппа С. Приборы для измерения, наблюдения, исследования формы сигнала и спектра:
С1 – универсальные осциллографы.
Подгруппа Ч. Приборы для измерения частоты:
Ч3 – частотомеры электронно-счетные.
Например, В2-25 – вольтметр постоянного напряжения типа 25.
Аналоговый электронный вольтметр состоит из входного устройства, преобразователя, измерительного механизма и источника питания. Обобщенные структурные схемы вольтметров приведены на рис. 3.10.
Входным устройством служит делитель напряжения (Дн). Он может быть двух видов: резисторный – для измерения напряжения постоянного тока низкой частоты; резистивно-емкостный – для измерения напряжения переменного тока в диапазоне средних и высоких частот.
Преобразователь состоит из детектора (ДТ) и усилителя постоянного тока (УПТ) или усилителя переменного напряжения (УН~), предназначенного формировать ток в цепи измерительного механизма (ИМ), магнитоэлектрической системы, значение которого должно быть пропорционально измеряемому напряжению. Устройство и принцип действия преобразователя определяются типом вольтметра.
При работе вольтметром переменного тока типа детектор-усилитель (рис. 3.10, а) измеряемое напряжение ux~, уменьшенное делителем ДН в заданном соотношении, поступает на вход преобразователя, состоящего из детектора ДТ и усилителя постоянного тока УПТ. Выход УПТ соединен с ИМ. Перед измерением напряжения стрелочный указатель устанавливают на нулевую отметку шкалы прибора, что соответствует равновесному состоянию УПТ. При появлении на входе УПТ выпрямленного напряжения нарушается равновесие УПТ, и по цепи ИМ протекает ток, значение которого пропорционально напряжению на входе УПТ.
Вольтметр типа усилитель-детектор (рис. 3.10, б) имеет преобразователь, состоящий из усилителя переменного напряжения и детектора двойного размаха. Пределы измерения таких вольтметров невелики – до одного вольта. Поэтому измеряемое напряжение сначала усиливается, затем детектируется, а затем уже подается на ИМ магнитоэлектрической системы. Детекторы двойного размаха формируют выпрямленное напряжение, равное по значению удвоенной амплитуде измеряемого напряжения. Усилитель переменного напряжения и детектор помещены в корпус отдельно вынесенного пробника, имеющего специальное гнездо на передней панели вольтметра.
В вольтметрах постоянного тока (рис. 3.10, в) измеряемое напряжение, уменьшенное делителем напряжения до заданного значения, подается на вход преобразователя, состоящего только из УПТ, помещенного в корпусе прибора.
Комбинированные универсальные вольтметры (рис 3.10, г) нашли широкое применение на практике. Они измеряют напряжение в цепях переменного и постоянного тока, а также часто сопротивление. В таких вольтметрах имеется преобразователь, выходное напряжение которого зависит от неизвестного сопротивления Uвых=f(Rx). На основании этой зависимости шкала прибора градуируется в единицах сопротивления.
Детектор – важнейший узел вольтметра, он выпрямляет измеряемое напряжение и подает его на вход УПТ (рис 3.11).
Диод VD осуществляет однополупериодное выпрямление сигнала переменного тока. Выпрямленное значение сохраняется в виде заряда на конденсаторе С. Постоянная времени схемы определяется значениями R и C.
Применяют детекторы амплитудные (пиковые), среднеквадратичного и средневыпрямленного значения. Выходное постоянное напряжение преобразователей с этими детекторами соответствует пропорционально амплитудному, действующему или среднему значению переменного напряжения. Так же может быть проградуирована шкала измерительного механизма.
В основе работы аналоговых электронных омметров лежит преобразование измеряемого сопротивления в функционально связанное с ним напряжение постоянного тока, подаваемое на магнитоэлектрический измерительный механизм, шкала которого градуируется в единицах сопротивления. Эти приборы имеют широкий диапазон измеряемых сопротивлений (10-4 – 10+17 Ом) и достаточно просты в эксплуатации.
К недостаткам таких приборов можно отнести сравнительно невысокую чувствительность и точность.
Среди различных способов измерения добротности Q, индуктивности Lx и емкости Cx чаще всего для схем с невысокими частотами получил распространение способ, учитывающий явление резонанса в LC – контуре. Электронные аналоговые приборы, основанные на этом способе называются куметрами. Основными узлами куметра (рис. 3.12) являются перестраиваемый по частоте генератор ПГ, микроамперметр мА, резистор малого сопротивления R (в этом случае током в цепи LC0 можно пренебречь), образцовый конденсатор C0, электронный вольтметр V. Катушку или конденсатор с измеряемыми индуктивностью и емкостью подключают, соответственно, к зажимам а-б или в-г. При измерении емкости к зажимам а-б подключают образцовую катушку индуктивности. Определяют Lx и Cx по соотношению 
где ƒ0 – резонансная частота контура.
При измерении индуктивности 
, где С0 – значение емкости образцового конденсатора при настроенном в резонанс контуре LxC0.
Емкость определяют по формуле 
где L0 – индуктивность образцовой катушки, подключаемой в этом случае к зажимам а-б.
Измерение добротности проводят, как правило, в режиме заданной частоты, устанавливаемой на перестраиваемом генераторе ПГ. Изменением емкости конденсатора С0 добиваются резонанса в контуре, фиксируемого по максимальным показаниям вольтметра V. Определение добротности основано на свойстве последовательного колебательного контура при резонансе иметь на реактивных элементах напряжение, в Q раз большее, чем напряжение возбуждения, т.е. при резонансе UCo=QRI, где UCo – напряжение на конденсаторе C0, измеренное вольтметром V; I – ток, протекающий через резистор R, измеренный микроамперметром мА.
| 3.5. Регистрирующие приборы< Предыдущая | Следующая >3.7. Цифровые измерительные приборы |
|---|