Електронні вимірювальні прилади. Класифікація електронних приладів. Принцип дії і область застосування електронних вольтметрів, омметрів

ЕЛЕКТРОННІ АНАЛОГОВІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ

Являють собою засоби вимірювань, в яких перетворення сигналів вимірювальної інформації здійснюється за допомогою аналогових електронних пристроїв. Показники цих приладів є безперервною функцією зміни вимірюваної величини.

Електронні вимірювальні перетворювачі та пристрої в якості вихідних пристроїв використовують магнітоелектричні механізми або електроннопроменеві трубки.

Найбільш широко серед аналогових електронних вимірювальних приладів використовуються електронні вольтметри, осцилографи, частотоміри, фазометри, аналізатори спектру, прилади для вимірювань параметрів електричних і електронних схем (опорів, ємностей, індуктивностей).

Прилади, що випускаються промисловістю, поділяються на 20 підгруп, які позначають прописними буквами, наприклад, (підгрупа В: В2 – вольтметри постійного струму, В3 – вольтметри змінного струму, В4 – вольтметри імпульсного струму, В7 – вольтметри універсальні; підгрупа Г: Г3 – генератори гармонійних коливань низькочастотні, Г4 – генератори гармонійних коливань високочастотні, Г5 – генератори імпульсів; підгрупа Е: Е3 – вимірювачі індуктивності, Е6 – вимірювачі опорів, Е7 – вимірювачі ємностей; підгрупа С: С – універсальні осцилографи, З7 – осцилографи швидкісні, стробоскопічні; підгрупа Ф: Ф2 – вимірювачі фазового зсуву; підгрупа Ч: Ч3 – частотоміри електронно-рахункові).

У позначенні комбінованого приладу, призначеного для виміру декількох величин, до основного позначення підгрупи прийнято додавати букву К.

Електронні вольтметри

До складу електронних вольтметрів входять підсилювачі постійної та змінної напруг, перетворювачі змінної напруги в постійну (випрямлячі) і постійної в змінну (інвертори), поділювачі напруги. В якості вихідних пристроїв найчастіше використовується магнітоелектричний вимірювальний механізм.

Метрологічні характеристики вольтметра (чутливість, діапазон частот вимірюваних напруг) визначаються типом і характеристиками підсилювача.

Електронні вольтметри постійної напруги в якості вихідного вимірювального механізму мають магнітоелектричні мікроамперметри зі струмом повного відхилення 50-500 мкА й опором рамки 500-1000 Ом. Структурна схема електронного вольтметра постійного струму подана на рис. 1. Вимірювана напруга Ux подається на вхідний пристрій, що представляє собою багатограничний високоомний поділювач на резисторах.

Рис. 1 – Структурна схема електронного вольтметра постійного струму

Із поділювача напруга надходить на підсилювач постійного струму й далі – на вимірювальний механізм. Поділювач і підсилювач постійного струму доводять рівень напруги до значень, необхідних для нормальної роботи вимірювального механізму.

Вхідний опір електронного вольтметра становить зазвичай кілька десятків мегаомів. Це дозволяє робити виміри в високоомних колах без помітного споживання потужності від об'єкта виміру. Діапазон вимірюваних напруг від десятка мілівольтів до декількох кіловольтів. Для вимірювань малих напруг використовують мікровольтметри з перетворенням постійного струму в змінний. У таких приладах підсилення вимірюваного сигналу здійснюється на змінному струмі, що дозволяє досягти більших значень коефіцієнта підсилення й знизити поріг чутливості до декількох мікровольт. Робочий діапазон електронних мікровольтметрів лежить у межах 10^-8-1 В.

Електронні вольтметри змінного струму виготовляються за двома схемами, що представлені на рис. 2.

Рис. 2 – Структурні схеми електронного вольтметра змінного струму

У першій з цих схем вимірювана змінна напруга спочатку перетворюється в постійну за допомогою детектора, а потім підвищується підсилювачем постійного струму й впливає на вимірювальний механізм. У другій схемі підсилення відбувається на змінному струмі, а потім попередньо підсилений сигнал випрямляється детектором і відхиляє стрілку вимірювального механізму. За першою схемою можуть будуватися вольтметри з широким частотним діапазоном (10 Гц - 1000 Мгц), але не здатні вимірювати напруги більші декількох десятих часток вольта. Друга схема дозволяє створювати чутливі вольтметри, нижня межа вимірювань яких становить одиниці мікровольт. Однак ці прилади мають менший частотний діапазон.

Переваги

1) Великий вхідний опір (більше 1 МОм).

2) Мале споживання потужності.

3) Висока чутливість.

4) Широкий діапазон вимірюваних напруг (від десятків нановольтів на постійному струмі до десятків кіловольтів на змінному).

5) Працюють у широкому частотному діапазоні до сотень МГц.

До недоліків електронних вольтметрів можна віднести необхідність окремого джерела живлення й складність самої конструкції.

На рис. 3 як приклад представлені фотографії сучасних електронних аналогових вольтметрів: мікровольтметра В3-57 (рис. 3,а) і мілівольтметра АВМ-1071. Мікровольтметр В3-57 має такі технічні характеристики: межа вимірювань від 0,01 мВ до 300 В; частотний діапазон від 5 Гц до 5 МГц; клас точності залежно від межі вимірювань від 1 до 4; вхідний опір/ємність 5 МОм/27 пФ, споживана потужність 20 ВА. Характеристики мілівольтметра АВМ-1071: межа вимірювань від 300 мкВ до 100 В; діапазон робочих частот від 10 Гц до 2 МГц; похибка вимірювань ±3% (відносно 1 кГц).

Рис. 3 – Зовнішній вигляд електронних аналогових вольтметрів а – мікровольтметр В3-57; б – мілівольтметр АВМ-1071

Подібно до електронних вольтметрів, омметри у вигляді окремих приладів не випускають; їх функції виконують електронні вольтметри, побудовані за схемою, наведеною на рис. 4. Перетворювачі таких омметрів являють собою операційний підсилювач, охоплений негативним зворотним зв’язком зразковим R_N і виміряним R_х резисторами. Враховуючи велике значення коефіцієнта підсилення, вихідну напругу перетворювача

де Е – ЕРС допоміжного джерела G постійної напруги.

Отже, вимірювана вольтметром ЕВ напруга U_вих пропорційна опору резистораR_x. Цю схему застосовують для вимірювання опору 10 … 1000 МОм.

Рис. 4 – Структурна схема електронного омметра

Дайте відповіді на питання

1. Що являють собою електронні вимірювальні прилади?

2. Яка будова електронних вольтметрів?

3. Яка будова електронних омметрів?