Электронные аналоговые вольтметры

В электронных аналоговых вольтметрах (ЭАВ) измеряемое напряжение, с помощью электроизмерительного преобразователя, преобразуется в постоянный ток, который подается на магнитоэлектрический измерительный механизм со шкалой, ванной в единицах напряжения – вольтах [2-6].

Упрощенная структурная схема ЭАВ для измерения постоянного напряжения [3] показана на рис. 3. Измеряемое напряжение постоянного тока поступает на входное устройство (ВУ), представляющее собой многопредельный высокоомный резисторный делитель напряжения. Сигнал с ВУ поступает на вход усилителя постоянного тока (УПТ), который помимо функций усиления сигнала по напряжению и мощности согласует высокое выходное сопротивление ВУ с малым сопротивлением рамки измерительного механизма (ИМ) магнитоэлектрической системы.

Уравнение преобразования такого ЭАВ имеет следующий вид

, (19)

где , , – коэффициенты преобразования ВУ, УПТ и ЭАВ соответственно; – чувствительность ИМ по напряжению; – измеряемое напряжение.

Рис. 3. Упрощенная структурная схема ЭАВ для измерения постоянного напряжения

ВД и УПТ обеспечивают высокоомное сопротивление и расширение диапазона измеряемых сопротивлений. УПТ, имеющий большое входное и малое выходное сопротивления, должен обеспечивать необходимый и стабильный коэффициент усиления и, следовательно, высокую чувствительность вольтметра. Однако повышение чувствительности путем увеличения коэффициента усиления УПТ сталкивается с техническими трудностями, связанными с нестабильностью работы УПТ, выражающейся в изменении коэффициента преобразования и самопроизвольном изменении выходного сигнала (дрейф «нуля») усилителя. В связи с этим верхний предел измерений таких вольтметров не бывает ниже единиц микровольт.

Для создания высокочувствительных вольтметров (микровольтметров) применяют схему (рис. 4, а), состоящую из модулятора (М), детектоp (Д), усилитель переменного тока (У_~), магнитоэлектрический ИМ [4]. На выходе М возникают однополярные импульсные сигналы, амплитуда которых пропорциональна измеряемому напряжению (рис. 4, б). Переменная составляющая этих сигналов усиливается У_~, а затем выпрямляется Д.

Среднее значение выходного сигнала Д, пропорциональное входному напряжению:

, (20)

измеряется ИМ. Такая схема позволяет практически избежать дрейфа «нуля» и имеет стабильный коэффициент усиления, который можно сделать довольно большим. Это позволяет измерять напряжения, начиная с единиц микровольт.