Измерение параметров напряжения различной формы. Кунцевич В.А. - 14 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МАИ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

1 1 1
,
0 0
1 2 1
T T
и oc
U dt E U U dt
x oc x
обр
R C R C R C
= = −
∫ ∫
где U
oc
– напряжение обратной связи, Т
ос
– время подачи напряже-
ния обратной связи;
;
1 2 1
T U T U T U
и x oc oc oc x
E
обр
R C R C R C
= = −
если Т
х
=Т
и
+Т
ос
, то
.
1 2
T T
x oc
U U
x oc
R C R C
=
Отсюда
1
/
2
.
1
R U
x
x
T R U T
x oc oc
= = =
Таким образом, при известных R
1
, R
2
, U
ос
и Т
ос
частота
выходного сигнала однозначно определяет измеряемое напряжение. При
этом параметры преобразователя не зависят от значений емкости С
и Е
обр
, а определяются отношением R
2
/R
1
и стабильностью вели-
чины U
oc
⋅
T
oc
, которую называют вольт-секундной площадью.
Основными слагаемыми погрешности преобразователя являются не-
стабильность U
oc
⋅
T
oc
и погрешность сравнения. Если рассматривать
АЦП в целом, то необходимо еще учитывать погрешность преобразова-
ния частоты в цифровой код, которая состоит из погрешности дискрет-
ности и погрешности формирования временного интервала, на котором
определяется частота.
Вольтметры, использующие подобные АЦП, позволяют получить по-
грешность измерения 0,1 - 0,005% и возможность подавления помех.
3. ВОЛЬТМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
3.1. Принципы построения вольтметров переменного тока
Для измерения параметров напряжения переменного тока могут
быть использованы методы, применяемые для измерения напряжения по-
стоянного тока (разд. 2). Структурные схемы цифровых вольтметров
переменного тока отличаются от структурных схем аналогичных типов
вольтметров постоянного тока наличием измерительного преобразова-
теля переменного напряжения в постоянное.
Для компенсации малой чувствительности отдельных преобразова-
телей используют усилители. Если усилители включают в схему до пре-
28
образователя, то они должны обладать широкой полосой частот. Пос-
ле преобразователя используется усилитель постоянного тока.
В простейших вольтметрах переменного тока усилители могут отсут-
ствовать.
В вольтметрах переменного тока, использующих метод сравнения
(полная или неполная компенсация), перед операцией компенсации
обычно осуществляется преобразование переменного измеряемого на-
пряжения в постоянное. Это позволяет применять для компенсации по-
стоянное напряжение, что дает определенное преимущество, так как
для непосредственной компенсации измеряемого переменного напряже-
ния с высокой точностью необходимо иметь переменное компенсирую-
щее напряжение аналогичной формы. Это усложняет прибор и сущест-
венно ограничивает его возможности.
Наибольшее распространение на практике имеют электронные
вольтметры. Электронные вольтметры непосредственной оценки обычно
выполняются по одной из двух структурных схем. Первая схема содер-
жит последовательно соединенные входное устройство, усилитель пе-
ременного тока, преобразователь переменного напряжения в постоян-
ное, измеритель постоянного напряжения. Вторая схема состоит из
последовательно соединенных входного устройства, преобразователя
переменного напряжения в постоянное, усилителя постоянного тока,
измерителя постоянного напряжения.
Вольтметры, использующие первую структурную схему, обладают
высокой .чувствительностью, но сравнительно узким диапазоном час-
тот (2 Гц - 100 МГц). Это объясняется особенностями построения ши-
рокополосных усилителей переменного тока. Вольтметры, имеющие вто-
рую структурную схему, отличаются большим частотным диапазоном
(20 Гц - 1000 МГц). Недостатком является меньшая чувствительность
из-за особенностей работы усилителя постоянного тока.
Частотный диапазон вольтметра определяется не только ампли-
тудно-частотными характеристиками входных цепей, но и особенностя-
ми преобразователей. В задачу преобразователя входит преобразова-
ние напряжения переменного тока в постоянное, соответствующее из-
меряемому параметру напряжения. Применяются следующие преобразова-
тели или детекторы: амплитудные (пиковые), средневыпрямленного
значения и среднеквадратического значения. При этом в силу конст-
руктивных особенностей преобразователей или особенностей измере-
ния различают преобразователи с закрытым либо открытым входом.
При закрытом входе в результате измерения отсутствует постоянная
составляющая измеряемого напряжения.
29 
              1 Tи                Toc  1         1                   образователя, то они должны обладать широкой полосой частот. Пос-
                 ∫ U x dt = Eобр = ∫     U oc −     U x  dt ,        ле преобразователя используется усилитель постоянного тока.
             R1C 0                 0 R C        R1C                  В простейших вольтметрах переменного тока усилители могут отсут-
                                        2
где Uoc – напряжение обратной связи, Тос – время подачи напряже-       ствовать.
ния обратной связи;                                                          В вольтметрах переменного тока, использующих метод сравнения
                                                                       (полная или неполная компенсация), перед операцией компенсации
                     TиU x         T U     T U
                           = Eобр = oc oc − oc x ;                     обычно осуществляется преобразование переменного измеряемого на-
                      R1C            R2 C   R1C                        пряжения в постоянное. Это позволяет применять для компенсации по-
если Тх=Ти+Тос, то                                                     стоянное напряжение, что дает определенное преимущество, так как
                                                                       для непосредственной компенсации измеряемого переменного напряже-
                              Tx        T
                                  U x = oc U oc .                      ния с высокой точностью необходимо иметь переменное компенсирую-
                              R1C      R2 C                            щее напряжение аналогичной формы. Это усложняет прибор и сущест-
Отсюда                                                                 венно ограничивает его возможности.
                                                                             Наибольшее распространение на практике имеют электронные
                              1          R2U x      /                  вольтметры. Электронные вольтметры непосредственной оценки обычно
                        f =        =             = A Ux.
                              Tx       R1U ocToc                       выполняются по одной из двух структурных схем. Первая схема содер-
                                                                       жит последовательно соединенные входное устройство, усилитель пе-
       Таким образом, при известных R1, R2, Uос и Тос частота
                                                                       ременного тока, преобразователь переменного напряжения в постоян-
выходного сигнала однозначно определяет измеряемое напряжение. При
                                                                       ное, измеритель постоянного напряжения. Вторая схема состоит из
этом параметры преобразователя не зависят от значений емкости С
                                                                       последовательно соединенных входного устройства, преобразователя
и Еобр, а определяются отношением R2/R1 и стабильностью вели-
                                                                       переменного напряжения в постоянное, усилителя постоянного тока,
чины Uoc ⋅ Toc, которую называют вольт-секундной площадью.
                                                                       измерителя постоянного напряжения.
       Основными слагаемыми погрешности преобразователя являются не-
                                                                             Вольтметры, использующие первую структурную схему, обладают
стабильность Uoc ⋅ Toc и погрешность сравнения. Если рассматривать
                                                                       высокой .чувствительностью, но сравнительно узким диапазоном час-
АЦП в целом, то необходимо еще учитывать погрешность преобразова-
                                                                       тот (2 Гц - 100 МГц). Это объясняется особенностями построения ши-
ния частоты в цифровой код, которая состоит из погрешности дискрет-
                                                                       рокополосных усилителей переменного тока. Вольтметры, имеющие вто-
ности и погрешности формирования временного интервала, на котором
                                                                       рую структурную схему, отличаются большим частотным диапазоном
определяется частота.
                                                                       (20 Гц - 1000 МГц). Недостатком является меньшая чувствительность
       Вольтметры, использующие подобные АЦП, позволяют получить по-
                                                                       из-за особенностей работы усилителя постоянного тока.
грешность измерения 0,1 - 0,005% и возможность подавления помех.
                                                                             Частотный диапазон вольтметра определяется не только ампли-
                                                                       тудно-частотными характеристиками входных цепей, но и особенностя-
               3. ВОЛЬТМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
                                                                       ми преобразователей. В задачу преобразователя входит преобразова-
                                                                       ние напряжения переменного тока в постоянное, соответствующее из-
         3.1. Принципы построения вольтметров переменного тока
                                                                       меряемому параметру напряжения. Применяются следующие преобразова-
                                                                       тели или детекторы: амплитудные (пиковые), средневыпрямленного
      Для измерения параметров напряжения переменного тока могут
                                                                       значения и среднеквадратического значения. При этом в силу конст-
быть использованы методы, применяемые для измерения напряжения по-
                                                                       руктивных особенностей преобразователей или особенностей измере-
стоянного тока (разд. 2). Структурные схемы цифровых вольтметров
                                                                       ния различают преобразователи с закрытым либо открытым входом.
переменного тока отличаются от структурных схем аналогичных типов
                                                                       При закрытом входе в результате измерения отсутствует постоянная
вольтметров постоянного тока наличием измерительного преобразова-
                                                                       составляющая измеряемого напряжения.
теля переменного напряжения в постоянное.
      Для компенсации малой чувствительности отдельных преобразова-
телей используют усилители. Если усилители включают в схему до пре-
                                                                                                                                      29
28

Страницы