ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
сопротивлением (до сотен ме-
гаом), не обеспечивают высо-
кой чувствительности и точ-
ности измерений (погрешность
1,5 - 2,5%).
Большая чувствительность
и высокая точность при боль-
шом входном сопротивлении до-
стигаются в автокомпенсацион-
ных вольтметрах. Структурная
схема автокомпенсационного
вольтметра с компенсацией напряжения приведена на рис. 7. Она
содержит прямую и обратную цепи. На вход усилителя постоянного
тока УПТ поступает напряжение ∆U
вх
, равное разности измеряемо-
го напряжения U
x
и компенсирующего напряжения U
к
. Таким обра-
зом, ∆U
вх
является напряжением некомпенсации. Величина компенси-
рующего напряжения определяется величиной U
вых
и коэффициентом
передачи цепи обратной связи β:
.
U U
к вых
β
=
Но в то жо время напряжение U
вых
определяется коэффициентом пере-
дачи прямой цепи К и величиной напряжения некомпенсации ∆U
вх
:
; ;
;
(1 ).
U K U U U U
вых
вх вх x k
U K U
k вх
U U U U U K
x k вх вх вх
β
β
= ∆ ∆ = −
= ⋅ ⋅ ∆
= + ∆ = ∆ = ∆ +
Коэффициент передачи автокомпенсатора К
а
определяется по
формуле
.
(1 ) 1
U K U K
вых вх
K
a
U U K K
х вх
β β
∆
= = =
∆ + +
Погрешность автокомпенсационного вольтметра, таким образом,
будет определяться нестабильностью коэффициентов передачи прямой
и обратной цепи. Определим относительную погрешность измерения
δ
а
:
;
2 2
(1 ) (1 )
.
1 1
K K
K K
a a
K K
a
K
K K
K
K K
a
a
K K K
a
β
β
β
β β
δ β
δ
β
δ
β β
∆ ∆
∂ ∂
∆ = ∆ + ∆ = +
∂ ∂
+ +
∆
= = +
+ +
18
Приведенное выражение позволяет сделать вывод, что в авто-
компенсационном вольтметре погрешность из-за нестабильности коэф-
фициента усиления уменьшается в (1+Кβ) раз.
Достоинством автокомпенсационных вольтметров является их вы-
сокая чувствительность - (1 - 10)
⋅
10
-9
В, достаточно широкий ди-
намический диапазон (от единиц нановольт до1В). Точность измере-
ния при этом достигает 0,5 - 1%.
2.2. Аналоговые вольтметры, использующие метод сравнения
Измерение напряжения вольтметрами непосредственной оценки
позволяет получить результат с погрешностью
∼
0,1%. Более точный
результат может быть достигнут с помощью вольтметров, использую-
щих метод сравнения.
При построении вольтметров постоянного тока применяют в боль-
шинстве случаев два варианта метода сравнения. Это нулевой и диф-
ференциальный методы.
Вольтметры, основанные на нулевом методе (метод полной ком-
пенсации измеряемого напряжения напряжением меры), называют потен-
циометрами. Упрощенная структурная схема потенциометра, использу-
ющего компенсацию напряжения, представлена на рис. 8. Измеряемое
напряжение U
x
компенсируется напряжением U
к
. Напряжение U
к
противоположно по знаку U
x
. При равенстве напряжений ток, протее-
кающий через индикатор, равен нулю. Напряжение U
к
регулируется
путем изменения образцового резистора R
k
: U
к
=IR
к
. При неиз-
менном токе I величину изменяемого сопротивления R
k
(потенцио-
метр) можно проградуировать в единицах измеряемого напряжения.
При полной компенсации измеряемого напряжения (
U U
к
x
→ )
ток во входной цепи стремится к нулю, входное сопротивление вольт-
метра приближается к бесконечности. В этом случае можно говорить
об измерении ЭДС. Потенциометры являются наиболее точными прибора-
ми измерения напряжения. Потенциометры постоянного тока выпуска-
ются различных классов точности - от 0,2 до 0,0005.
В зависимости от сопротивления измерительной цепи потенцио-
метры делят на низкоомные и высокоомные. Низкоомные (сопротивление
до 1000 0м) применяют для измерения малых напряжений (до 100 мВ).
Высокоомные потенциометры (сопротивление более 1000 0м) применяют
для измерения напряжений до 1 - 2,5 В.
19
сопротивлением (до сотен ме- Приведенное выражение позволяет сделать вывод, что в авто-
гаом), не обеспечивают высо- компенсационном вольтметре погрешность из-за нестабильности коэф-
кой чувствительности и точ- фициента усиления уменьшается в (1+Кβ) раз.
ности измерений (погрешность Достоинством автокомпенсационных вольтметров является их вы-
1,5 - 2,5%). сокая чувствительность - (1 - 10) ⋅ 10-9 В, достаточно широкий ди-
Большая чувствительность намический диапазон (от единиц нановольт до1В). Точность измере-
и высокая точность при боль- ния при этом достигает 0,5 - 1%.
шом входном сопротивлении до-
стигаются в автокомпенсацион- 2.2. Аналоговые вольтметры, использующие метод сравнения
ных вольтметрах. Структурная
схема автокомпенсационного Измерение напряжения вольтметрами непосредственной оценки
вольтметра с компенсацией напряжения приведена на рис. 7. Она позволяет получить результат с погрешностью ∼ 0,1%. Более точный
содержит прямую и обратную цепи. На вход усилителя постоянного результат может быть достигнут с помощью вольтметров, использую-
тока УПТ поступает напряжение ∆Uвх , равное разности измеряемо- щих метод сравнения.
го напряжения Ux и компенсирующего напряжения Uк. Таким обра- При построении вольтметров постоянного тока применяют в боль-
зом, ∆Uвх является напряжением некомпенсации. Величина компенси- шинстве случаев два варианта метода сравнения. Это нулевой и диф-
рующего напряжения определяется величиной Uвых и коэффициентом ференциальный методы.
передачи цепи обратной связи β: Вольтметры, основанные на нулевом методе (метод полной ком-
U к = β U вых. пенсации измеряемого напряжения напряжением меры), называют потен-
циометрами. Упрощенная структурная схема потенциометра, использу-
Но в то жо время напряжение Uвых определяется коэффициентом пере-
ющего компенсацию напряжения, представлена на рис. 8. Измеряемое
дачи прямой цепи К и величиной напряжения некомпенсации ∆Uвх:
напряжение Ux компенсируется напряжением Uк. Напряжение Uк
U вых = K ∆U ; ∆U = U −U ; противоположно по знаку Ux. При равенстве напряжений ток, протее-
вх вх x k
кающий через индикатор, равен нулю. Напряжение Uк регулируется
U = β ⋅ K ⋅ ∆U ;
k вх путем изменения образцового резистора Rk: Uк=IRк. При неиз-
U = U + ∆U = ∆U = ∆U (1 + K β ). менном токе I величину изменяемого сопротивления Rk (потенцио-
x k вх вх вх метр) можно проградуировать в единицах измеряемого напряжения.
Коэффициент передачи автокомпенсатора Ка определяется по
формуле При полной компенсации измеряемого напряжения ( U к → U x )
U вых K ∆U вх K ток во входной цепи стремится к нулю, входное сопротивление вольт-
K = = = .
a Uх ∆U вх (1+ K β ) 1+ K β метра приближается к бесконечности. В этом случае можно говорить
Погрешность автокомпенсационного вольтметра, таким образом, об измерении ЭДС. Потенциометры являются наиболее точными прибора-
будет определяться нестабильностью коэффициентов передачи прямой ми измерения напряжения. Потенциометры постоянного тока выпуска-
и обратной цепи. Определим относительную погрешность измерения ются различных классов точности - от 0,2 до 0,0005.
δ а: В зависимости от сопротивления измерительной цепи потенцио-
метры делят на низкоомные и высокоомные. Низкоомные (сопротивление
∂K a ∂K a ∆K K ∆β
∆K = ∆K + ∆β = + ; до 1000 0м) применяют для измерения малых напряжений (до 100 мВ).
a ∂K ∂β (1+ K β ) 2 (1+ K β )2 Высокоомные потенциометры (сопротивление более 1000 0м) применяют
∆K a δK δβ K β для измерения напряжений до 1 - 2,5 В.
δa = = + .
Ka 1+ K β 1+ K β
18 19
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- …
- следующая ›
- последняя »
