Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное

Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное (ИПН) широко применяются в структурах электронных вольтметров в тех случаях, когда измеряемой величиной является переменное напряжение, а отсчетное устройство реагирует на постоянное входное напряжение (магнитоэлектрические измерительные механизмы, некоторые типы оптоэлектронных отчетных устройств). Кроме этого основного применения ИПН могут использоваться для реализации других функций в приборе: обеспечение линейного выхода по напряжению или току, преобразование сигнала в цепи обратной связи, в цепях коррекции и т.п.

В общем, виде преобразуемое переменное напряжение можно записать в виде произведения максимального значения (амплитуды) сигнала на выражение нормированной формы сигнала с единичной амплитудой

. (2.1)

Описанный сигнал может характеризоваться мгновенными значениями – непосредственно самой функцией u(t): средним значением U₀ (для периодических сигналов – постоянная составляющая)

, (2.2)

средневыпрямленным значением

, (2.3)

среднеквадратическим (действующим) значением

, (2.4)

максимальным значением (для периодических сигналов – амплитуда)

, (2.5)

где – заданный интервал времени. Для периодических сигналов t_j, t_j+1, T, t_j+1 = t₀ + {j + 1}T (t₀ – начало отсчета времени, Т – период, j = 0,1,2,…).

Соотношение между характеристиками выражается коэффициентом формы k_ф = U_m / U_СР, коэффициентом амплитуды k_a = U_m / U, коэффициентом усреднения. k_у = U_m / U_СР .

Связь между коэффициентами может быть установлена из определения коэффициентов k_у = k_ф×k_a. Для них справедливо Неравенство k_у ³ k_a ³ k_ф ³ 1. для последовательности симметричных прямоугольных импульсов (меандр) k_у = k_a = k_ф = 1: для синусоидального напряжения . Для сигнала, форма которого известна, коэффициенты можно получить из выражений, при этом метод интегрирования определяется способом задания функции u(t).

Основной характеристикой переменного напряжения считается его действующее значение, определяющее тепловое действие электрического тока. До последнего времени подавляющее большинство приборов градуируется в действующих значениях напряжения, даже в тех случаях, когда информативным параметром преобразования являются средневыпрямленное или амплитудное значение, (метки шкалы соответствуют действующим значениям синусоидального напряжения). Неадекватность условий градуировки и использования приборов в последних случаях при работе с несинусоидальным напряжением служит причиной появления погрешности.

Еще недавно создание преобразователей действующего значения в постоянное напряжение (ПДЗ) достаточной точности било связанно с определенными техническими трудностями. На современной элементной базе создание ПДЗ представляется сравнительно простой технической задачей. Это не означает отказа от применения преобразователей средневыпрямленного ПСЗ и амплитудного (ПАЗ) значений в постоянное напряжение, так как в некоторых областях электротехники необходимо оперировать с амплитудными и средневыпрямленным значениями переменным напряжений.