Файл: Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник.pdf

близкого к нему £/мако—Ломакс, т. е. практически равное

0,5 (2t/макс Д £Ліакс) ~ ^Аіакс-

Таким образом, измерительный механизм покажет ве­ личину, пропорциональную амплитудному (пиковому) значению положительной полуволны измеряемого напря­ жения.

Практически такие ламповые вольтметры (рис. 10.9) состоят из детекторного каскада и усилителя постоян-

Рис. .10.9. Уррощемная принципиальная схема ди­ одного пикового вольтметра

ного тока. Микроамперметр включается в диагональ мо­ ста, образованного из четырех плеч: сопротивлений ламп Л2 и Л з, сопротивлений R3 и ^5 и регулировочного соп­ ротивления ,Rk. Перемещением движка сопротивления Ri устанавливается некоторое начальное положение равно­ весия моста, когда ток через микроамперметр равен ну­ лю (во избежание «наводок» входные зажимы прибора должны быть при этом замкнуты).

Если на вход прибора поступит некоторое напряжение Uвх, то конденсатор детекторного каскада зарядится до напряжения, практически равного амплитуде переменной составляющей измеряемого напряжения Пмакс (вход при­ бора закрытый), и на сетку лампы Л2 поступит соответст­ вующей величины отрицательный потенциал. Сопротивле­ ние лампы Л 2 возрастет тем больше, чем больше этот потенциал по своей абсолютной величине. Сопротивле­ ние же лампы Л 3 упадет, так как уменьшится ток через сопротивление отрицательной обратной связи Re. Равно­ весие моста в соответственной степени нарушится и стрелка микроамперметра отклонится от нулевого поло­ жения тем больше, чем выше значение Uмакс-

Конденсатор С2 и сопротивление R2 служат для филь­ трации, очищая напряжение, поступающее на сетку лам­ пы Л 2, от возможных паразитных составляющих. Изме­

201

нение пределов измерений может быть достигнуто при­ менением на входе высокоомного делителя.

усилитель постоянного тока и на одной лампе. При этом, однако, увеличится влияние колебаний напряжения пи­ тания на равновесие моста (при двух лампах эти коле­ бания меняют сопротивления обоих плеч примерно оди­ наково) ; кроме того, установку нуля для каждого преде­ ла измерений придется проводить заново.

Выносливость прибора при перегрузках обусловлена гем, что при чрезмерном входном напряжении увеличе­ ние отрицательного потенциала на сетке лампы Л2 не вы­ зовет ничего худшего, чем запирание этой лампы. На та­ кой режим, очевидно, могут быть рассчитаны все элемен­ ты схемы, и практически оказывается, что на любой шка­ ле прибор легко выдерживает напряжение, равное и да­ же большее, чем верхний предел измерений вольтметра.

Для уменьшения входной емкости (при измерениях на высоких частотах) в такого рода вольтметрах детектор­ ный каскад (собираемый обычно на малогабаритном, «пальчиковом» диоде), показанный пунктиром на рис. 10.9, делается выносным. Если емкость вольтметра на вы­ ходных зажимах порядка 50 пФ, то входная емкость вы­ носного каскада порядка 5 пФ.

Кроме рассмотренных диодных амплитудных лампо­ вых вольтметров, существует много других, в которых ис­ пользуются разнообразные способы детектирования [24], а в последнее время все шире распространяются измери­ тели напряжения, построенные на транзисторных схемах.

Входное сопротивление таких вольтметров (рис. 10.10) обычно ниже, чем у ламповых, хотя для увеличе­ ния его и применена схема с общим коллектором. При короткозамкнутом входе установка нуля производится регулировкой сопротивления R Sj включенного между на­ грузочными сопротивлениями іR\ и R2 в цепях эмиттеров. Сопротивления R/t—& стабилизируют режим работы схе­ мы. 'Вход прибора закрытый, для измерения постоянного напряжения следует закоротить конденсатор С. Показа­ ния индикатора определяются нарушением баланса мо­ стовой схемы, в диагональ которой он включен. Это нару­ шение тем больше, чем больше напряжение, поступающее на базу транзистора 7\.

С использованием для усилителей постоянного тока транзисторов выпускается, например, электронный уни­ версальный вольтметр ВК7-6, позволяющий измерять

Ж

эффективные значений напряжении синусоидального тока низкой и высокой частоты (от 40 Гц до 400 МГц) в пределах от 10 мВ до 100 В и, кроме того, напряже­ ние и силу постоянного тока, а также сопротивление постоянному току.

Следует отметить, что в ламповых и транзисторных вольтметрах, как правило, вход не симметричен относи­ тельно земли. Поэтому при измерениях напряжений в це­ пях, имеющих связь с землей, необходимо, во избежание существенных ошибок, провод, связанный с землей, под­ ключать к заземленному входному зажиму вольтметра; при измерениях же симметричных цепей такие вольтмет­ ры следует включать через симметрирующий трансфор­ матор.

10.5. Зависимость показаний приборов различных систем от формы кривой измеряемого напряжения

Как правило, вольтметры градуируют в эффек­ тивных значениях (Ua) синусоидального напряжения. Это означает, что пиковый вольметр, показания которого оп­ ределяются амплитудой волны измеряемого напряжения,

показывает Н д=/7Макс/ V 2=0,707 Нмак<ь поскольку соот­ ношение между амплитудным и действующим значения­ ми для синусоидальной формы кривой (коэффициент ам­

плитуды) равно Ка = V 2= 1,41.

Вольтметры с линейным детектированием, показания которых зависят от средневыпрямленного значения изме­ ряемого напряжения (U ср2 и Ucpi), при той же градуи­

2 0 3

ровке показывают ÜR= 1,11 Ucp2 — для ДвухполупериоДного выпрямления и /Уд=2,22 ДСр і — для однополупери-

детектированием, реагирующий на действующее значе­ ние синусоидального напряжения, в этих значениях и градуируется.

Таким образом, все вольтметры (проградуированные по Uд синусоиды) покажут одинаковые значения (пре­ небрегая классом точности) только для напряжения, фор­ ма кривой которого достаточно близка к синусоиде. Если этого нет, то каждый из них покажет величину, опреде­ ляемую его градуировкой: пиковый 0,707 UMaKC, линей­ ный 1,11 С/сра или 2,22 £/срі и только квадратичный пока­ жет значение UR независимо от формы кривой.

Отсюда следует, что если для 'синусоидального нап­ ряжения показания вольтметра любой системы дают воз­

найдены правильно только в том случае, если известны Да и Кф для привой измеряемого напряжения.

Величины Да и Кф могут быть определены по извест­ ной кривой путем графических и аналитических расчетов, а могут быть определены и экспериментально, если ис­ следуемое напряжение измерить приборами различных систем и по результатам измерений найти Дмакс, Нд и

U cp 2 ИЛИ U ср і.

Следует иметь в виду, что показания вольтметров за­ висят и от схемы их входа. Если вход открытый, то пока­ зания прибора включат (с учетом коэффициентов ампли­ туды и формы) и постоянную составляющую, имеющую­ ся в кривой; если вход закрытый, то показания прибора (тоже с учетом коэффициентов амплитуды и формы) оп­ ределяются только переменной составляющей. При этом в зависимости от полярности включения прибор может реагировать либо на положительную, либо на отрица­ тельную полуволну измеряемого напряжения (см. зада­ чи № 149— 153).

2 0 4

І0 .6 . Вольтметры с цифровым отсчетом

В современной технике связи все более широко Применяют вольтметры с цифровым отсчетом, в которых результат измерений не прочитывается по отклонению стрелки на шкале, а появляется через весьма малый промежуток времени после включения в виде числа на цифровом табло. Такие вольтметры, как правило, осно­ ваны на применении электронных счетных устройств и методе компенсации, обеспечивающем высокую точность измерений.

Одна из возможных схем цифрового вольтметра пред­ ставлена на рис. 10.11 а, а на рис. 10.11 б показана вре­ менная диаграмма его работы.

Рис. 10.11. Схема (а) и временная диаграмма (б) цифрового вольтметра с линейно меняющимся опорным напряжением

Для измерения некоторого напряжения Ux оно пода­ ется на вход сравнивающего устройства 1. По сигналу запуска (запускающее устройство может быть ручным или автоматическим, срабатывающим через определен­ ные промежутки времени или при подаче измеряемого на­ пряжения) счетчик импульсов 2 , на который поступит уп­ равляющий сигнал от управляющего устройства 3, сбра­ сывает предыдущий результат и готов к приему следую­ щего. Одновременно сигнал запуска через то же управ­ ляющее устройство включает генератор линейно изме-

2 0 5

Няющегося напряжения (ГЛН) 4, напряжение kotoporo поступит на сравнивающие устройства 1 и 5. Напряже­ ние U лиш вырабатываемое ГЛН, изменяясь, проходит не­ которое нулевое значение, при котором сравнивающее устройство 1 срабатывает и выдает импульс, открываю­ щий ключ 6. Благодаря этому постоянно работающий ге­ нератор импульсов образцовой частоты (ГОЧ) 7 получа­ ет возможность подать эти импульсы на »готовый к их приему счетчик импульсов 2, который начинает счет. Когда линейно изменяющееся напряжение UЛИн достиг­ нет величины измеряемого напряжения Ux, наступит мо­ мент их компенсации — срабатывает сравнивающее уст­ ройство 2 и выдает сигнал, закрывающий ключ 6; отсчет импульсов прекращается.

Таким образом, время Тх, в течение которого ключ 6 был открыт (при линейном изменении UmiE пропорцио­ нальное измеряемому напряжению), определено числом импульсов генератора образцовой частоты (fo), отсчитан­ ных за это время Tx = Nx/f0, где N — число отсчитанных счетчиком импульсов. Коэффициент пропорциональности К, определяемый известной скоростью изменения вели­ чины Uліш v = d UnaE/dt, для данного прибора известен, и поэтому отсчитанное число импульсов NX= K U X после цифрового преобразования покажет в индикаторе прибо­ ра цифровое значение измеряемого напряжения.

Широко применяются также цифровые вольтметры с

20(5

на цифровой индикатор прибора, показывающий значе­ ние Ux в вольтах. Для измерения напряжения перемен­ ного тока в приборах цифрового отсчета его предвари­ тельно преобразуют в постоянное.

Недостатки цифровых измерителей напряжения за­ ключаются в сложности устройства и дороговизне. Пре-

Рис. 10.12. Схема (а) и временная диаграмма (б) циф­ рового вольтметра со ступенчатым образцовым напря­ жением

имущество—в быстроте действия, удобстве отсчета и воз­ можности непосредственного ввода результатов измере­ ний (числа подсчитанных импульсов) в электронные вы­ числительные машины. Что касается погрешности изме­ рений, то она может быть доведена до весьма малых ве­ личин (до сотых и даже тысячных долей процента).

При автоматическом запуске цифрового прибора че­ рез определенные промежутки времени появляется воз­ можность практически непрерывного получения инфор­ мации об измеряемой величине (напряжении, уровне, си­ ле тока, частоте и др.) на экране такого прибора или с помощью ЭВМ . Поэтому перспективы применения циф­ ровых приборов расширяются по мере внедрения автома­ тизации в измерительную технику связи.

Для процессов, протекающих достаточно медленно, кроме цифровых приборов, находят применение самопи­ шущие электроизмерительные механизмы с непрерывной дли точечной записью, Такие приборы позволяют реги-

Ш

75 Ом). Такое входное устройство (в отличие от вольт­ метров, где вход всегда высокоомный) позволяет исполь­ зовать ИУ не только в качестве высокоомного прибора, подключаемого к уже имеющемуся сопротивлению наг­ рузки, но и в качестве нагрузочного сопротивления часто встречающейся величины. Очевидно, что при включении ИУ с низкоомным входом к уже имеющейся нагрузке воз­ никнет систематическая ошибка измерений (см. задачу № 154). ..

Усилитель ИУ содержит обычно несколько каскадов, охваченных отрицательной обратной связью для стабиль­ ности работы и уменьшения нелинейных искажений; это дает возможность измерять достаточно низкие уровни [до —60 дБ (—7 Ни)].

Детектор большей частью пиковый, а в качестве ин­ дикатора используется магнитоэлектрический микроам­ перметр.

Градуировка указателей уровня в основном произво­ дится в абсолютных уровнях по напряжению, т. е. за нулевой уровень принимается 0,775 В эфф синусоидаль­ ного напряжения. С помощью ступенчатой регулировки напряжения, поступающего на вход усилительных кас­

Если указатель уровня используется в качестве согласо­ ванной нагрузки цепи с сопротивлением 600 Ом, то его

Переход от измеренного значения уровня по напря­ жению р к величине напряжения U осуществляется по формуле U, В = 0,775 ер, если величина р выражена в неперах, и по формуле U, В = 0 ,7 7 5 -ІО0’05р, если р получено в децибелах.

Некоторые измерители уровня, рассчитанные для при­ менения только в определенных цепях, градуируются в уровнях по мощности для этих цепей. Тогда при исполь­ зовании их в качестве высокоомных приборов следует иметь в виду соотношения, приведенные в § 1.2, посколь­ ку мощности нулевого уровня (один мВ-А) при выделе­ нии ее на сопротивлении, отличном от 600 Ом, соответ­ ствует уже не 0,775 В, а другое значение напряжения.

2 0 9