Преобразователи средневыпрямленного значения.
Показания a микроамперметра пропорциональны средневыпрямленному значению измеряемого напряжения 
.
– при открытом входе.
Если вход закрытый, то a микроамперметра пропорциональны только средневыпрямленному значению переменной составляющей измеряемого напряжения.
Это измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению входного сигнала (среднему значению модуля). Вольтамперная характеристика такого детектора должна иметь линейный участок в пределах диапазона входных напряжений. Примером подобного преобразователя может служить двухполупериодный выпрямитель с фильтром нижних частот. Наиболее распространенными являются мостовые схемы (рис. 4.11). В схеме рис. 4.11,а ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов переменного напряжения. В положительный полупериод ток протекает по цепи: верхний входной зажим–диод VD1–диагональ моста – диод VD4– нижний входной зажим; в отрицательный: нижний зажим–диод VD3–диагональ моста – диод VD2–верхний зажим.
 |
Рис. 4.11
Направление тока соответствует проводящему направлению указанных диодов. Характеристики реальных диодов не имеют строго линейного участка, как это требуется условиями преобразования. Ток, протекающий через диод при положительном значении входного напряжения i≈u/(Rд(U)+R), где Rд(U)–сопротивление открытого диода, зависящее от приложенного напряжения, R – сопротивление нагрузки.
Начальный участок характеристики близок к квадратичному. Поэтому будет иметь место погрешность, которая будет тем меньше, чем ближе к линейной будет характеристика диода.
Для улучшения линейности ΒΑΧ в диагональ моста последовательно с резистором R включают резистор Rдоб, сопротивление которого намного больше сопротивления открытого диода Rд(U). В этом случае
Зависимость прямого тока от напряжения будет близка к линейной. Уменьшение чувствительности, которое будет проявляться при включении Rдоб, можно компенсировать введением дополнительного усиления.
Схема рис. 4.11,б отличается от предыдущей тем, что вместо диодов VD3 и VD4 включены резисторы R1 и R2. В положительный полупериод напряжения ток протекает через диод VD1 и резистор R1. Через резистор R2 в этот полупериод ток не протекает, на его зажимах напряжение равно нулю. Поэтому, если в диагональ моста включить магнитоэлектрический вольтметр, он измеряет падение напряжения на R1. Очевидно, в отрицательный полупериод вольтметр измеряет падение напряжения на резисторе R2, поскольку через него и диод VD2 будет протекать ток.
Погрешность преобразования обусловлена, главным образом, нелинейностью ΒΑΧ диода и влиянием прямого сопротивления диода на ток, протекающий через выпрямительный мост.
Вольтметры, построенные по такой структурной схеме, характеризуются высокой чувствительностью (микро- и милливольты) и сравнительно узкой полосой частот измеряемых напряжений (1; 5; 10МГц). Обе эти характеристики определяются усилителем переменного напряжения.
9. Электронный вольтметр среднеквадратичного значения на основе термопреобразователей, охваченных обратной связью: принцип действия, функциональные схемы, анализ погрешностей.
АЭВ – это измерительные приборы, представляющие собой сочетание электронного преобразователя и магнитоэлектрического измерителя
 |
Схема АЭВ переменного тока.
Входное устройство – высокоомный резистивный делитель напряжения.
Усилитель постоянного тока (УПТ) – электронный преобразователь. Служит для повышения чувствительности вольтметра, усиливает мощность сигнала до уровня, необходимого для привидения в действие магнитоэлектрического измерителя.
mА – электро-механический преобразователь.
Преобразователь может быть амплитудного, средневыпрямленного и среднеквадратического значений. Вход преобразователя относительно постоянной составляющей может быть открытым или закрытым. АЭВ может быть низко, средне, высокочастотный и сверхвысокочастотный.
Преобразователь среднеквадратического значения с термопреобразователями.
Преобразователи строятся на термоэлектрических элементах .
н – нагреватель;
т – термопара;
УНПТ – усилитель напряжения переменного тока;
УПТ – усилитель постоянного тока;
ТП1, ТП2 – бесконтактные преобразователи, включенные встречно.
Электрическая энергия преобразуется в тепловую и используется квадратичная зависимость термо-ЭДС от тока нагревателя (т.е. от входного напряжения).
ТП1 включен между выходом УНПТ и входом УПТ. Мощность, подводимая к нагревателю ТП1, равна 
. Далее ЭДС, развиваемая термопарой ТП1, пропорциональна мощности 
: 
. После подачи 
, ЭДС – ЕТ1, на входе УПТ появляется напряжение, создающее ток в нагревателе ТП2. 
, где 
– выходной ток УПТ, протекающий по нагревателю ТП2.
Нарастание этого тока продолжается до некоторого значения, соответствующего значению .
Параметры схемы выбирают такими, что определяем из условия 
, подставляя 
и 
, получают линейную зависимость тока на выходе УТП от : 
.
Шкала микроамперметра – равномерная.
10. Цифровой вольтметр двойного интегрирования: принцип действия, структурная схема, основные соотношения, анализ погрешностей.
Метод времяимпульсного преобразования в сочетании с двухтактным интегрированием позволяет ослабить влияние помех, измерять напряжение обоих полярностей, получить большое входное сопротивление (до 1 ГОм) и малые погрешности измерения.
 |
ИОН – источник опорного напряжения.
ГСИ – генератор счетных импульсов.
УУ – устройство управления.
УЦО – устройство цифрового отсчета.
 |
На вход интегратора подается 
или 
, неизвестное напряжение измеряется в 2 такта: на первом такте (называемом интегрированием вверх) интегральное значение напряжения запоминается на выходе интегратора, на втором такте (интегрировании вниз) преобразуется во временной интервал 
, в течение которого на счетчик от ГСИ поступают импульсы образцовой частоты 
. Число импульсов 
эквивалентно , т.е. 
, k=const.
В исходном состоянии все ключи разомкнуты. В начале первого такта 
устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности 
с крутыми фронтами. В момент появления фронта импульса ключи 
и 
замыкаются, следовательно, на вход интегратора поступает измеряемое напряжение . Импульсы с частотой следования начинают поступать с генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону, пропорциональному :
.
Где 
– постоянная интегрирования на первом такте.
Когда на счетчик поступит 
импульсов, то счетчик будет заполнен, и импульс N с индексом 
в момент времени 
сбросит счетчик в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ 
, в результате на вход интегратора подается напряжение , его полярность обратна полярности . В момент заканчивается интегрирование вверх и начинается интегрирование вниз. Напряжение на выходе интегратора начинает убывать по линейному закону:
.
где 
– постоянная интегрирования на втором такте.
Импульсы от ГСИ продолжают поступать на счетчик. Устройство сравнения срабатывает в момент времени 
, когда напряжение на выходе интегратора равно 0, так как второй его вход соединен с "землей". При этом размыкается ключ . Для момента времени справедливо соотношение:
,
где – длительность второго такта интегрирования.
За время на счетчик поступило N импульсов, код числа N через дешифратор подается в устройство цифрового отсчета.
где 
– постоянные интегрирования.
Интервал времени пропорционален напряжению и не зависит от 
. Таким образом, для этого метода не требуется цепи с высокостабильными элементами. Число импульсов равно:
.
и могут поддерживаться постоянными с высокой точностью, следовательно, погрешность преобразования напряжения во временной интервал незначительна. После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям.
Дата добавления: 2016-04-06; просмотров: 2113;