При измерении вольтметром выпрямительной системы пульсирующих синусоидальных напряжений приборы будут реагировать не на переменную, а на постоянную составляющую U 0, равную средневыпрямленному значению напряжения: Uср = U0.

Чтобы измерить переменную составляющую пульсирующего напряжения, вольтметр выпрямительной системы подключают к измеряемой цепи через разделительный конденсатор, который «отрежет» постоянную составляющую U0. Емкость такого конденсатора должна быть порядка 1 мкФ.

Вольтметр выпрямительной системы является составной частью всех комбинированных приборов. Диапазон измерений выбирают путем переключения добавочных или шунтирующих резисторов.

Измерение переменного напряжения электронными вольтметрами

Электронные вольтметры переменного тока могут быть классифицированы.

□По назначению:

-вольтметры переменного напряжения (широкополосные, селективные, фазочувстви-тельные);

-вольтметры импульсного напряжения;

-универсальные.

□По характеру измеряемого значения напряжения, вольтметры измеряющие:

-средневыпрямленное значение;

-действующее значение;

-амплитудное (пиковое) значение.

□По частотному диапазону:

-низкочастотные;

-высокочастотные;

-сверхвысокочастотные.

□По схеме входа:

-с открытым входом;

-с закрытым входом.

□По типу отсчетного устройства:

-стрелочные;

-световые; -цифровые.

□По способу измерения:

-вольтметры непосредственного измерения;

-вольтметры сравнения.

Для электронных вольтметров согласно ГОСТ 9781-75 установлены классы точности:

0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.

VD1

VD3

В>1 т 10

а) 0-

VD1ИМ

б) 0-

Рис. 3.2. Схемы вольтметров выпрямительной системы

По сравнению с вольтметрами выпрямительной системы они обладают большей чувствительностью (1 мкВ), большим входным сопротивлением (более 1 МОм) и значительно более широким частотным диапазоном - до сотен мегагерц. Входное устройство обеспечивает значение активной составляющей входного сопротивления в пределах от 0,5 до 100 МОм (типичное значение 1...10 МОм).

Регулирование пределов измеряемых напряжений выполняется с помощью делителей напряжения или изменением отрицательной обратной связи в усилителях.

При измерении напряжений 100...200 В после первого каскада усиления устанавливают частотно-компенсированные делители с низко-омным входом.

При измерении напряжений до 1 кВ высоко-омные частотно-компенсированные резистив-ные делители включаются перед первым усилительным каскадом.

При напряжениях порядка 1 кВ и выше применяются внешние емкостные делители.

Входные устройства электронных вольтметров выполняются с симметричным, но чаще всего с несимметричным входом относительно точки с нулевым потенциалом.

ИЗМЕРЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ

2

-о-

Оп

On

ЭЛЕКТРОННЫЙ ВОЛЬТМЕТР

Рис. 3.3. Схема подключения вольтметра с несимметричным входом

Использование симметричного входа позволяет проводить относительные измерения напряжения в одной точке относительно другой.

При использовании несимметричного входа, при подключении вольтметра, вывод соединенный с корпусом прибора следует подключать к точке наименьшего или нулевого потенциала. Несоблюдение этого может привести к тому, что измеряемый объект будет нагружен паразитной емкостью корпуса C п вольтметра относительно земли (рис. 3.3).

Широко используются две основные системы электронных вольтметров переменного напряжения (рис. 3.4).

Первая - детектор-усилитель (рис. 3.4а).

В таких вольтметрах происходит преобразование (выпрямление) измеряемого переменного напряжения в постоянное, которое затем усиливается и измеряется микроамперметром.

Они позволяют измерять напряжения частотой до 300 МГц, так как их детектор выполнен в виде выносного пробника.

0-

Недостатком таких вольтметров является низкая чувствительность (примерно такая же, как у вольтметров постоянного тока).

Вторая - усилитель-детектор рис. 3.4б. В таких вольтметрах измеряемое переменное напряжение сначала усиливается, а затем выпрямляется и измеряется. Такие приборы обладают высокой чувствительностью - до единиц микровольт, однако их частотный диапазон редко превышает несколько мегагерц.

Сочетание схем, приведенных на рис. 3.2 и рис. 3.4, позволяет создать универсальный вольтметр для измерения постоянных и переменных напряжений. Такие вольтметры имеют общий усилитель постоянного тока, отсчетное устройство и переключатель в цепи постоянного и переменного тока.

Для измерений напряжения на частотах выше 100 кГц применяются схемы с удвоением напряжения (рис. 3.5).

Вольтметры с удвоением напряжения могут применяться только тогда, когда цепи разрядного тока не содержат конденсаторов.

а)

0-Калибровка Измерение

б)

КАЛИБРАТОР

Рис. 3.4. Структурные схемы электронных вольтметров

Rh

Рис. 3.5. Схема вольтметра с удвоением напряжения

При положительном полупериоде входного напряжения U вх конденсатор C1 заряжается через диод VD1 до амплитудного значения Um. При отрицательном полупериоде диод VD1 закрыт и конденсатор C1 разряжается через R д, R ИМ, VD2 и R н. При отрицательном полупериоде конденсатор C2 заряжается через диод VD2. Разрядный ток протекает через аналогичную цепочку в том же направлении.

Электронные вольтметры могут иметь два пиковых детектора:

-высокочастотный, с емкостью конденсатора

30...100 пФ;

-низкочастотный, с конденсатором большой емкости для измерения на низких частотах.

Для правильной интерпретации показаний импульсного вольтметра сигналы следует наблюдать осциллографом.

Входное сопротивление вольтметра (рис. 3.6) с пиковым детектором примерно равно R/2.

1

Li

VD

ивх

ч

ивых

4

2

Рис. 3.6. Схема амплитудного детектора с открытым входом

и

1 с

2

Рис. 3.7. Схема амплитудного детектора с закрытым входом

Вольтметр с квадратичным детектором

Вольтметр с квадратичным детектором реагирует на среднеквадратичное значение измеряемого напряжения. Показания вольтметра соответствуют его градуировке, при измерении напряжения произвольной формы. Квадратичное детектирование получают при работе полупроводникового диода на нижнем криволинейном участке его вольт-амперной характеристики или, используя термопреобразователи.

Градуировка импульсных вольтметров выполняется в амплитудных значениях.

Детектор имеет открытый вход, т. е. он не защищен от прохождения по его цепям постоянной составляющей измеряемого тока. Таким вольтметром нельзя измерить переменное напряжение. Детектор с открытым входом присоединять к цепям, в которых есть постоянная составляющая напряжения, можно только через конденсатор емкостью 0,01...0,1 мкФ.

Для измерения в таких цепях удобнее использовать пиковый детектор с закрытым входом (рис. 3.7), работа которого аналогична работе детектора с открытым входом. Входное сопротивление вольтметра с закрытым входом несколько меньше входного сопротивления вольтметра с открытым входом и составляет около 0,3R.

При измерении пульсирующего напряжения пиковый детектор с закрытым входом не реагирует на постоянную составляющую и отклонение стрелки вольтметра пропорционально превышению переменной составляющей измеряемого напряжения над постоянной составляющей.

Соотношения для часто используемых несинусоидальных напряжений приведены в табл. 3.1.

R

C