Для измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения электронные вольтметры содержат преобразователи средневыпрямленного значения ПСЗ, которые обычно строятся на основе усилителей переменного напряжения, охваченных отрицательной обратной связью по току. В качестве нагрузки усилителя используется магнитоэлектрический микроамперметр, включенный через выпрямитель. На рис. 8.8 показана схема ПСЗ с двухполупериодным выпрямителем в цепи выходного прибора. Если на вход преобразователя подать входное напряжение Uвх(t), то среднее значение тока через микроамперметр будет:
1 Т
Іср ═——— ∫ Uвх(t)dt,
TRoc 0
где Т - период Uвх(t).
При синусоидальном входном сигнале Uвх = Umsinωt.
2Um
Icp═ ———.
πRoc Iвых
Uвх
Icp
Рис. 8.8. Преобразователь среднего значения.
Индуктивные и взаимоиндуктивные ИП представляют собой катушки индуктивности, параметры которых меняются под воздействием измеряемой величины. Магнитоупругие датчики представляют собой разновидность индуктивных с замкнутым магнитопроводом, меняющим свои параметры.
Индукционные преобразователи представляют собой катушку, в которой наводится ЭДС при ее помещении в магнитное поле.
Электромагнитные преобразователи используются для измерения скорости, углового и линейного ускорения.
3. Электростатические ИП могут быть емкостные и пьезоэлектрические. В емкостных преобразователях под действием измеряемой величины меня-ется электрическая емкость или тангенс угла потерь. Пьезоэлектрические преобразователи основаны на пьезоэффекте - возникновении ЭДС на гранях кристалла под воздействием механических сил.
Такие преобразователи используются для перемещения, силы, давления, количества и состава вещества (влажность, толщины листа или покрытия, наличия включений).
4. Тепловые ИП включают в себя терморезисторы и термопары. В терморезисторах величина электрического сопротивления зависит от температуры, а в термопарах от температуры зависит величина термо ЭДС.
Используются для измерения температуры, скорости и расхода жидких и газообразных веществ, влажности, концентрации газов.
5. Электрохимические ИП основаны на явлениях, возникающих при прохождении электрического тока через электролит. Могут быть использованы для определения состава и концентрации растворов, количества электричества.
6. Ионизационные ИП используют явление ионизации газа при прохождении через него ионизирующего излучения или люминесценции некоторых веществ под действием ионизации. Использую для измерения плотности и состава газов, размеров изделий.
7. Фотоэлектрические ИП основаны на зависимости фототока от освещения. Используются для измерения световых величин, прозрачности сред, размеров тел.
По роду выходной электрической величины измерительные преобразователи делятся на параметрические и генераторные. Параметрические преобразователи характеризуются изменением одного из параметров R, L, C, а генераторные - изменением генерируемой ЭДС под влиянием измеряемой величины. К генераторным относятся преобразователи: индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и некоторые электрохимические. Остальные - к параметрическим.
Рассмотрим свойства некоторых наиболее применяемых измерительных преобразователей неэлектрических величин.
8.1.5. Вольтметры постоянного напряжения.
Вольтметр постоянного напряжения состоит из усилителя постоянного напряжения того или иного типа, магнитоэлектрического микроампер-метра и (при необходимости) делителей напряжения.
При использовании усилителей с непосредственной связью нижний предел измерения обычно составляет 100-300 мВ. На меньших пределах измеряемое напряжение становится сравнимым с дрейфом нуля усилителя. Для уменьшения дрейфа часто используют дифференциальный усилитель. С помощью делителя на входе вольтметра верхний предел измерения увеличивают до 500-1000 В. Приведенная погрешность таких вольтметров составляет 1,5 – 2,5 %.
На рис. 8.10. показана структурная схема вольтметра постоянного тока с использованием усилителя типа МДМ.
Ф М У ДМ Ф
Uвх
Rос
Рис. 8.10. Вольтметр постоянного напряжения с усилителем типа МДМ.
Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по току через показывающий микроамперметр и резистор Rос. Изменяя величину резистора Rос можно изменять предел измерения. Серийные вольтметры такого типа (В2-11, В2-15, В2-25) имеют нижний предел измерения 3 – 30 мкВ, а верхний – 1 В. Входное сопротивление вольтметра не менее 106 Ом; приведенная погрешность 1 – 6%, дрейф нуля от 1 до 10 мкВ за 8 часов работы.
Промышленностью выпускается нановольтметр постоянного тока Р341 на базе фотогальванометрического усилителя. Структурная схема такого вольтметра приведена на рис. 8.11. Фотогальванометрический усилитель охвачен отрицательной обратной связью по току через магнитоэлектрический микроамперметр. Для увеличения чувствительности вольтметра в схему включен дополнительный усилитель У.
Нижний предел измерений такого нановольтметра составляет 500 нВ, входное сопротивление 1÷ 50 кОм, относительная ошибка измерения 2,5%.
