Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf

твх = CBJ g BX, где Свх — входная емкость гальванометра, откуда приближенное значение времени нарастания trz a 2,2 твх.

Погрешность измерения, быстродействие и многие другие ха­ рактеристики электронных гальванометров постоянного тока за­ висят от дрейфа нулевого уровня и собственных шумов прибора. Дрейф нулевого уровня (смещение нуля) представляет собой само­ произвольное изменение выходной величины Х 2 при отсутствии

полезного сигнала на входе прибора. Обычно он оценивается экви­ валентным входным сигналом, необходимым для возвращения вы­ ходной величины Х 2 к первоначальному уровню. Дрейф нулевого

уровня зависит от времени и температуры. В последнем случае он характеризуется температурным коэффициентом нулевого уровня.

Дрейф нулевого уровня нелинейно зависит от времени и темпе­ ратуры, однако в определенных температурных и временных пре­ делах эту зависимость можно считать линейной. При скачкообраз­ ном изменении температуры окружающей среды дрейф нулевого уровня может быть иным, чем при плавном ее изменении. Так как в обычных условиях окружающая температура меняется со ско­ ростью менее 1°С за 15 мин, то дрейф можно считать постоянным. Когда температурный дрейф незначителен, то основное влияние оказывает временной дрейф при постоянной температуре окружаю­ щей среды.

Дрейф нулевого уровня бывает кумулятивный, который изме­ няет выходную величину в одном направлении, и некумулятивный, при котором среднее значение выходной величины Х 2 за большой

промежуток времени равно нулю. Кумулятивный дрейф характе­ рен для приборов с усилителями прямого усиления, а некумуля­ тивный — для приборов с преобразованием.

Собственные шумы гальванометра ограничивают разрешающую способность и точность прибора, так как вариации выходной ве­ личины Х 2, вызванные изменением сигнала, невозможно отличить

от вариаций, вызванных шумом. Полный размах шума в полосе частот, пропускаемых гальванометром, обычно принимается в ка­ честве порога чувствительности. При этом абсолютная погрешность измерения не может быть меньше порога чувствительности.

При измерении тока порог чувствительности прежде всего огра­ ничен тепловыми шумами внутренней проводимости gn источника тока и входной проводимости gBX гальванометра

13

ределяемой временем нарастания 0,35/^; 3) верхней частоты ре­ гистрирующего или показывающего устройства на выходе гальва­ нометра.

Так как на практике входная проводимость гальванометра обычно значительно больше внутренней проводимости источника тока (gBX> §•„), то гальванометр с меньшей входной проводимостью имеет меньший тепловой шум и большую чувствительность,'чем гальванометр с большей входной проводимостью. График тока

шума 7Ш в зависимости от входной проводимости гальванометра показан на рис. 1-2.

Из формулы (1-5) следует, что тепловые шумы могут быть сни­

ется увеличением времени установления показаний, при котором начинает оказывать влияние дрейф нулевого уровня.

Кроме шумов, на порог чувствительности и погрешность влияют помехи в измерительной цепи. Под помехозащищенностью гальва­ нометра понимается его способность давать правильный, в преде­ лах установленной погрешности, выходной сигнал при воздействии во время измерения помехи, эквивалентной увеличению или умень­ шению измеряемого тока. Наибольший практический интерес пред­ ставляет помехозащищенность гальванометра от периодических помех, и в частности, от помех, имеющих частоту промышленной сети.

Коэффициент ослабления помехи равен отношению амплитуды

14

Значение коэффициента ослабления зависит от величины помехи. Обычно коэффициент ослабления определяют при значении помехи, приводящей к погрешности, соответствующей максимальному зна­ чению выходной величины на данном пределе измерения. Напри­

пределу измерения), если к его входу приложен сигнал переменного тока в 1000 нА. Однако этот же гальванометр при сигнале перемен­ ного тока 100 нА на том же пределе измерения будет иметь погреш­ ность меньше 1% (а не 10%, как было бы при R0 — const). Иногда в характеристиках гальванометра указывается величина ампли­ тудного значения переменного тока на входе, который создает вы­ ходной сигнал, равный погрешности измерения.

Ослабление помех общего вида характеризует способность элек­ тронных гальванометров с дифференциальным входом или с незаземленным низкопотенциальным входом ослаблять помехи постоян­ ного или переменного тока, действующие между общей точкой (зем­ лей или корпусом прибора) и закороченными входными зажимами прибора. Коэффициент ослабления помех общего вида опреде­ ляется как отношение сигнала общего вида к эквивалентному вход­ ному сигналу постоянного тока, приводящим к одному и тому же значению выходной величины Х 2:

Обычно указывают коэффициенты ослабления помех общего вида на постоянном и переменном токе промышленной частоты

(50 или 60 Гц).

Одной из наиболее важных эксплуатационных характеристик гальванометров является форма представления результатов изме­ рения. Для аналоговых гальванометров выходная величина Х 2

представляет собой положение стрелки или светового указателя на шкале прибора; для самопишущих приборов и светолучевых осциллографов это кривая на носителе записи.

1-3. Классификация принципов построения электронных гальванометров

Электронные гальванометры могут быть разделены по методу измерения, принципу действия, способу отсчета измеряемой вели­ чины, назначению, конструктивным особенностям и т. п.

По методу измерения электронные гальванометры делят на три большие группы: приборы непосредственной оценки тока, при­ боры сравнения токов, комбинированные приборы. В практике измерительной техники наибольшее распространение получили первые из них. В табл. 1-1 приведена классификация электронных гальванометров по методу измерения.

15

Таблица 1-1

Классификация электронных гальванометров постоянного тока

Электронные гальванометры постоянного тока

сокую чувствительность, хорошее быстродействие, но сравнительно низкую точность. К ним относятся электрометрические усилители с магнитоэлектрическими измерительными приборами, не охва­ ченные обратными связями. Основные характеристики таких при­ боров зависят от свойств электрометрических усилителей. Авто­ компенсационные электронные гальванометры благодаря глубоким обратным связям в значительно меньшей степени зависят от свойств электрометрических усилителей. Они более стабильны в работе и имеют меньшую погрешность.

Интегрирующие электронные гальванометры (интеграторы тока) определяют среднее значение тока за выбранный промежуток вре­ мени. Они имеют наиболее высокую чувствительность и могут быть использованы для измерения зарядов. Благодаря фильтрующим свойствам интегрирующих систем эти приборы обладают повышен­ ной помехозащищенностью.

Для повышения точности измерения малых токов используют приборы, которые в процессе измерения осуществляют прямое срав­ нение измеряемого тока с эталонным. Приборы сравнения имеют более высокую стоимость и применяются при поверке приборов непосредственной оценки и при проведении весьма точных изме­ рений тока.

К электронным гальванометрам сравнения относят компенса­ торы тока с ручным, автоматическим или полуавтоматическим урав­ новешиванием. В таких приборах производится уравновешивание

16

измеряемого тока компенсирующим током, абсолютное значение которого контролируется по одному значению образцовой меры.

Цифровые электронные гальванометры поразрядного уравнове­ шивания и-развертывающего преобразования также осуществляют сравнение измеряемого тока с изменяющимся значением образцо­ вого тока. В последнее время появились комбинированные элек­ тронные гальванометры, в которых удачно сочетаются преимущества приборов непосредственной оценки и приборов сравнения.

К комбинированным гальванометрам относят дифференциальные гальванометры, сочетающие автокомпенсационный гальванометр и компенсатор тока с ручным или автоматическим уравновешива­ нием. К этой же группе относятся интегрирующие гальвано­ метры с компенсацией накопленного заряда, цифровые гальвано­ метры с двойным интегрированием измеряемого и образцового то­ ков и некоторые другие приборы. В таких приборах достигается высокая чувствительность, присущая приборам непосредственной оценки, и высокая точность, свойственная приборам сравнения.

Приборы сравнения и комбинированные пр-иборы в практике измерения малых токов еще не получили широкого распростране­ ния. Объясняется это тем, ч т о б настоящее время еще не разработано стабильных и точных регулируемых источников тока. К тому же резко повышаются требования к индикатору нулевого уровня.

По принципу действия электронные гальванометры делятся на приборы оценки тока по напряжению на образцовом резисторе или конденсаторе и по магнитному потоку в образцовой катушке индук­ тивности. При этом измерение напряжения может производиться приборами непосредственной оценки или приборами сравнения.

Электронные гальванометры непосредственной оценки без об­ ратной связи по существу являются усилителями тока (или напря­ жения). Для повышения точности и быстродействия в них вводят обратные связи. Таким образом, автокомпенсационные гальвано­ метры можно рассматривать как статические компенсаторы тока с неполной компенсацией. В таких приборах применяют три вида обратной связи: 1) параллельную (с компенсацией тока); 2) после­ довательную (с компенсацией напряжения) и 3) комбинированную (с компенсацией тока и напряжения).

Приборы с параллельной и комбинированной обратной связью применяют в основном для измерения тока. Приборы с последова­ тельной обратной связью применяют для измерения напряжения, и они могут рассматриваться, как электрометрические милливольт­ метры.

Интегрирующие гальванометры могут использоваться для из­ мерения заряда компенсационным методом. При дискретной ком­ пенсации заряда возможно преобразование измеряемого тока в ча­ стоту выходных импульсов и представление результата измерения в цифровой форме. Для измерения статических зарядов при помощи электронных гальванометров используют специальные входные устройства — ловушки зарядов, индукционные'ЦатчитШ^'вргащаю--

2 Заказ №2511