Применение магнитоэлектрических измерительных механизмов

Магнитоэлектрические гальванометры.

Гальванометрами называются приборы с высокой чувствительностью.

Устройство гальванометра показано на рисунке:

В общем, виде угол поворота подвижной части гальванометра можно записать как

Траектория движения подвижной части гальванометра во времени определяется показателем b, который называется степенью успокоения и определяется соотношением внутренних сопротивлений электрической части прибора и сопротивлением внешней цепи.

где: R_г- сопротивление рамки (катушки) гальванометра;

R_{вн. кр}- Критическое сопротивление внешней цепи;

R_вн- сопротивление внешней цепи.

R_{вн. кр}- называется наибольшее сопротивление, при котором подвижная часть гальванометра, двигаясь апериодически, достигает установившегося значения за минимальное время.

Таким образом, можно выделить три режима движения подвижной части гальванометра:

Периодический ( <1)- подвижная часть совершает колебания около отметки действительного значения измеряемой величины.

Апериодический ( >1)- подвижная часть достигает установившегося значения без колебаний.

Критический ( =1)- подвижная часть достигает установившегося значения без колебаний за минимальное время.

Иллюстрация сказанного выше представлена на рисунке:

Если внешняя цепь гальванометра разомкнута (R_вн = ;, = 0), то его подвижная часть совершает свободные колебания с частотой и периодом .

.

Чувствительность гальванометра по току S_i и по напряжению S_u определяются соответственно как:

Можно вывести связь между чувствительностью гальванометра по току и по напряжению:

Реальная чувствительность гальванометров может достигать значения 10¹¹ мм/А*м.

Баллистический гальванометр.

Баллистический гальванометр - гальванометр с увеличенным, по сравнению с рассмотренным ранее, моментом инерции подвижной части.

Данный тип гальванометра применяется в том случае, если в измеряемом сигнале выполняется соотношение: t_и << T⁰.

Однако в этом случае возникает так называемый баллистический бросок. Значение баллистического броска (величины отклонения рамки) определяют как:

где Q=i*ti- количество электричества (импульс тока) А*с.

Баллистическая чувствительность в этом случае:

.

Имеется уравнение, которое устанавливает связь между баллистической чувствительностью и степенью успокоения гальванометра.

.

Примерная зависимость S_б=f() приведена на рисунке.

Условия применения гальванометров.

Чувствительность гальванометра не должна превышать действительно необходимую.

Период собственных колебаний должен быть минимальным у обычных и максимальным у баллистических гальванометров.

Критическое сопротивление не должно превышать сопротивление цепи более чем на 10…20%.

Амперметр многодиапазонный - Амперметр с несколькими диапазонами измерения, которые путем ступенчатого измерения обеспечивают расширение диапазона измерения тока

3. Магнитоэлектрические амперметры.

Магнитоэлектрический механизм может быть применен в амперметрах. Однако в виду высокой чувствительности по току S_i, непосредственно механизм может измерять только малые значения тока (микроамперы или миллиамперы). Для расширения пределов измерения по току применяют шунтирование магнитоэлектрического механизма. Для этой цели используют специальные сопротивления с нормированными метрологическими свойствами, называемыми шунтами.

Схема шунтирования механизма показана на рисунке.

Величину шунта можно рассчитать из соотношения:

где - коэффициент деления, называемый также множителем шкалы.

Обычно R_ш=10-2…10-3 Ом.

4.

Микро-, миллиамперметры, милли- и вольтметры типа М284К

Микроамперметры, миллиамперметры, милливольтметры, вольтметры контактные типа М284К предназначены для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока, а также для коммутирования электрических цепей постоянного или переменного тока при достижении измеряемой величиной заданного значения.

Микроамперметры ЭА2230 предназначены для встраивания в измерительную и испытательную аппаратуру, служат для измерения силы постоянного тока в электрических цепях стационарных и переносных устройств, эксплуатируемых в закрытых неотапливаемых помещениях.

Микроамперметры ЭА2230 – приборы магнитоэлектрической системы с креплением подвижной части на растяжках. Рабочее положение горизонтальное или вертикальное.

5.

6. Магнитоэлектрические вольтметры.

При измерении напряжения при помощи магнитоэлектрического механизма необходимо снизить ток, протекающий через измерительный механизм. Для этого применяют добавочные сопротивления, которые включаются последовательно с измерительным механизмом. Схема включения добавочных сопротивлений показана на рисунке.

Расчет добавочных сопротивлений производится исходя из соотношений:

где - коэффициент расширения предела измерения или множитель шкалы.

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью. [1]

Магнитоэлектрические вольтметры выполняют с током полного отклонения подвижной части магнитоэлектрического ИМ от 1 до 5 мА и добавочными резисторами для расширения пределов измерения по напряжению. В амперметрах применяют ИМ с током полного отклонения не более 50 - 100 мА (ток ограничен допустимым нагревом токо-подводящих пружин), а для расширения пределов измерения по току применяют шунты, встраиваемые в корпус прибора. Приборы для измерения больших токов обычно выполняются в виде милливольтметров, измеряющих падение напряжения на внешнем шунте. [2]

Магнитоэлектрический вольтметр показывает среднее значение выпрямленного напряжения. [3]

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью. [4]

Магнитоэлектрические вольтметры снабжаются добавочными сопротивлениями, а амперметры при токах свыше 0 1 а - шунтами. Замена шунтов и добавочных сопротивлений дает возможность использовать один и тот же механизм для измерения самых различных токов и напряжений

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью. [6]

Магнитоэлектрический вольтметр должен иметь внутреннее сопротивление не менее 1 000 - 2000 ом на I в шкалы. [7]

Магнитоэлектрические вольтметры не могут работать без выпрямителей, так как при изменении направления тока в рамке направление магнитного потока остается постоянным, а направление действующего на рамку момента изменяется. При этом рамка не поворачивается в устойчивое положение, а только вибрирует. Для устранения вибрации необходимы выпрямители и сглаживающие фильтры. [8]

Универсальный магнитоэлектрический вольтметр поочередно подключают одним зажимом к началу трех фаз, а другим - к нулевой точке ОС

В магнитоэлектрических вольтметрах применяется тот же измеритель, что и в амперметрах, но на меньший номинальный ток. Для измерения напряжения механизм применяется в сочетании с добавочным сопротивлением. Ток полного отклонения в магнитоэлектрических вольтметрах составляет 1 - 7 5 ма. [1]

В магнитоэлектрических вольтметрах для получения нужного диапазона измерений последовательно с измерительным механизмом включают добавочный резистор стабильного сопротивления, например выполненный из манганина. [2]

В катодных и магнитоэлектрических вольтметрах фиксация замера производится прижимом стрелки после полного ее успокоения. Более простым, но менее точным измерительным органом является баллистический гальванометр без противодействующего механического момента. [3]

Задача 9.22. Магнитоэлектрический вольтметр с пределом измерения UK 120 в (rv 5 000 ом) ошибочно включен вместо амперметра в цепь постоянного тока с нагрузкой RH 100 ом. [4]

Задача 9.22. Магнитоэлектрический вольтметр с пределом измерения (Ук 120 в (rv 5 000 ом) ошибочно включен вместо амперметра в цепь постоянного тока с нагрузкой Кя 100 ом. [5]

Основной недостаток магнитоэлектрического вольтметра, применяемого для снятия потенциальных щеточных диаграмм, заключается в том, что данный прибор, измеряющий усредненное значение напряжения в контакте, в очень слабой степени отражает кратковременные импульсы, возникающие при искрении щеток. Эти импульсы напряжения, возникающие главным образом в сбегающем крае щетки при завершении коммутации, имеют очень большую скважность, благодаря чему они видоизменяют действующее значение напряжения в контакте лишь в очень небольшой степени, в то время как именно эти импульсы и характеризуют искрение щеток. [6]

При измерениях применяют магнитоэлектрический вольтметр с пределами измерений 100 - 0 - 100 мв, 1 - 0 - 1 в и 10 - 0 - 10 в и внутренним сопротивлением не менее 10 000 ом / в. Показания прибора в каждой точке отмечают через 30 сек в течение 10 - 15 мин. [11]

Погрешность обусловлена изменением неинформативных параметров, наличием методических погрешностей, нелинейностью функции преобразования, ограниченной точностью образцовых средств градуировки, воздействием дестабилизирующих факторов (температуры, неидеальности схемных элементов и др.).

К недостаткам аналоговых электронных вольтметров относят их сравнительно большую основную погрешность (2,5-4%), так как смена отдельных элементов схемы влияет на градуировку вольтметров, частотную погрешность и необходимость вспомогательных источников питания. При увеличении частоты измеряемого напряжения до единиц гигагерц основная погрешность может возрасти до 25%.

10.

Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений

При прямых измерениях не всегда удается получить значение всех исследуемых величин (токов, напряжений, мощности, фазы и др.) методом прямого измерения. Это обусловливается отсутствием специальных приборов прямого измерения или невозможностью подключения прибора к некоторым элементам цепи и другими причинами.

Кроме того, не всегда целесообразно производить непосредственное измерение всех интересующих величин, если они могут быть получены с достаточной точностью из функциональных зависимостей, связывающих их с измеряемыми величинами. Это позволяет проводить эксперимент быстрее и с меньшими аппаратурными затратами за счет уменьшения числа измерений.

Измерение тока с помощью электронных вольтметров. Косвенный метод измерения тока с помощью электронного вольтметра заключается в следующем. В ветвь, в которой необходимо измерить ток, последовательно с нагрузкой включают образцовый резистор R ₀. Падение напряжения на этом резисторе измеряют с помощью электронного вольтметра, так как он работает в широком диапазоне частот и потребляет от измеряемой цепи малую мощность, что способствует обеспечению минимума методической погрешности. Ток, текущий через резистор R ₀, а следовательно, и по всей цепи (рис. 8.6), определяется законом Ома.

Включать резистор R ₀ следует в разрыв проводника, идущего от корпуса генератора.

В этом случае корпусная точка измерительного прибора соединяется с корпусом генератора, что обеспечивает меньшее влияние помех и стабильность работы вольтметра. Минимум методической погрешности обеспечивается при правильном выборе сопротивления резистора R ₀. Чем меньше сопротивление R ₀, тем меньше оно оказывает влияние на ток, протекающий в искомой ветви.

С другой стороны, чем меньше падение напряжения на резисторе, тем труднее его точно измерить, поскольку больше сказывается влияние различных наводок, увеличение погрешности вольтметра на малых пределах измерения. Поэтому сопротивление R ₀, а, следовательно, падение напряжения на нем должны быть наибольшими. В этом случае принимают компромиссное решение, выбирая сопротивление R ₀ по условию: R ₀ < 0,1 Z _Н, здесь Z _Н – модуль сопротивления ветви в том месте, где измеряется ток. В этом случае ток в ветви при включении резистора R ₀ изменится незначительно. Значение сопротивления цепи Z _Н можно определить с помощью приближенного предварительного расчета или экспериментально. В лабораторных стендах имеются эталонные резисторы, сопротивление которых составляет 1 Ом, или любые другие, набранные с помощью магазинов сопротивления. Для этих целей можно использовать также резисторы цепи с известным сопротивлением.

Косвенный метод измерения тока наиболее широко применяется в цепях переменного тока с частотой от 500 Гц до 10 МГц.

11. Электронным вольтмет­ром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника пи­тания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет то­ком электронных приборов, благодаря чему входное сопро­тивление электронных вольтметров достигает весьма боль­ших значений и они допускают значительные перегрузки.

Структурная схема универсаль­ного вольтметра

Вольтметры постоянного напряжения. Рассмотренный выше (рис.5) универсальный вольтметр позволяет из­мерять постоянное напряжение от десятых долей вольта и выше. Для измерения меньших значений (от 0,5 мкВ) применяют высокочувствительные электронные вольтметры с преобразованием постоянного напряжения в переменное, которое после значительного усиления вновь преобразуется в постоянное и измеряется магнитоэлектрическим микро­амперметром.

12.

13.

Измерение переменного тока и напряжения может производиться непосредственно измерительными приборами любого принципа действия, за исключением магнитоэлектрического. Магнитоэлектрические приборы могут быть использованы после преобразования переменного тока в постоянный.

Приборы различного принципа действия имеют свои достоинства и недостатки, разные частотные и температурные диапазоны, разную чувствительность к помехам и механическим воздействиям и др. Знание этих параметров необходимо для правильного выбора измерительного прибора.

Для расширения пределов измерения переменного напряжения вместо активных добавочных сопротивлений иногда применяют емкостные.

Измеряемое напряжение U создает в конденсаторе ток I = jwCU, который может быть измерен амперметром электромагнитной системы. Однако при наличии высших гармоник нарушается прямая пропорциональность между током и напряжением, поэтому вместо добавочного конденсатора предпочитают емкостный делитель, а измерение производят электростатическим, ламповым или цифровым вольтметром.

При непосредственном включении измерительного прибора должны соблюдаться те же требования, что и при измерении постоянного тока и напряжения.

Для измерения больших переменных токов и напряжений часто используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы напряжения подключают параллельно измеряемой цепи, и работают они в режиме, близком к холостому ходу, трансформаторы тока включают последовательно в измерительную цепь, и работают они в режиме, близком к короткому замыканию.

При измерении с помощью трансформаторов тока и напряжения должны быть выполнены следующие требования:

1) номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора тока (напряжения) должно быть не менее напряжения в измеряемой цепи;

2) номинальный ток Iа (напряжение Uн) измерительного прибора должен быть не меньше номинального тока I2н (напряжение U2н) вторичной обмотки трансформатора; обычно они совпадают.

Пересчетный коэффициент прибора:

где I1н (U1н) - номинальный ток (напряжение) первичной обмотки трансформатора тока (напряжения); k - коэффициент схемы; N - максимальное показание по шкале прибора. Для случаев Iа = I2н или Uв = U2н

Значения коэффициента схемы для различных схем присоединения измерительных приборов к трансформаторам напряжения приведены на рисунке.

Период. Промежуток времени Т, в течение которого э. д. с, напряжение и или ток i (рис. 169, а) совершают полный цикл изменений, называется периодом. Чем быстрее вращается виток или ротор генератора переменного тока, тем меньше период изменения э. д. с. или тока.

Частота. Число полных периодов изменения э. д. с, напряжения или тока в 1 с называется частотой, f = 1 / T

Амплитуда. Наибольшее значение переменного тока (переменных э. д. с. и напряжения) называют амплитудным значением, или амплитудой.

Действующее значение. Ток, напряжение и э. д. с, действующие в электрической цепи в каждый отдельный момент времени, определяются так называемыми мгновенными значениями. Эти значения принято обозначать строчными буквами i, и, е. Однако судить о переменных э. д. с, токе или напряжении по их мгновенным значениям неудобно, так как эти значения непрерывно меняются. Поэтому оценивать способность переменного тока совершать механическую работу или создавать тепло принято по действующему его значению. Под действующим значением переменного тока понимают силу такого постоянного тока (прямая 2 на рис. 169,а), который, проходя по проводнику в течение некоторого времени (например, в течение одного периода или 1 с), выделит в нем такое же количество тепла (произведет такую же механическую работу), как и данный переменный ток (кривая 1). Действующие значения тока, напряжения и э. д. с. обозначают соответственно I, U, Е.

Мгновенное значение - величина тока соответствующая данному моменту времени

Фаза -это состояние переменного тока за определенный период времени

Схемы соединений диодов с измерительными механизмами можно разделить на две основные группы: однополупериодные и двухполупериодные.

В амперметре с однополупериодной схемой выпрямления (рис. 32) через измерительный механизм, включенный последовательно с диодом VD1, проходят полуволны переменного тока Io одной полярности, а полуволны другой полярности проходят через диодVD2 и резистор R. Диод VD2 защищает диод VD1 от пробоя и создает цепь для тока через нагрузку при обратной полуволне. Значение сопротивления R выбирается равным сопротивлению измерительного механизма. Благодаря этому сопротивление прибора будет одинаковым для любого направления тока.

Однополупериодная:

.

Добавлением ещё двух диодов и одного резистора синхронный выпрямитель можно преобразовать в двухполупериодный (рис. 2). В качестве источника, открывающего диоды, здесь использована рабочая обмотка трансформатора. Преимущество двухполупериодной схемы выпрямления перед однополупериодной состоит в том. что требуемое падение напряжения на R_ш, примерно в два раза меньше при одинаковом токе полного отклонения микроамперметра Так, если в однополупериодном выпрямителе с диодами Д220 для полного отклонения стрелки микроамперметра на 200 мкА (с сопротивлением рамки около 670 Ом) требовалось падение напряжения на R_ш около 0,4 В, то в двухполупериодном это напряжение не превышало 0,2 В. Приведённая схема является модификацией обычного кольцевого модулятора. При увеличении напряжения на R_ш до 0,4 В (амплитудное значение) для германиевых и 1,2 В для кремниевых диодов через диоды VD1, VD3 и VD2, VD4 начинает протекать сквозной ток нагрузки. Поэтому резисторы R3-R5 служат не только для балансировки моста. Они ограничивают ток через диоды при перегрузке. Исходя из этих соображений, в двухполупериодном выпрямителе лучше использовать кремниевые диоды и рассчитывать амперметр на максимальное падение напряжения на R_ш не более 0,5...0,6 В. На случай перегрузки или К3 можно принять дополнительные меры по ограничению тока через диоды. Это может быть увеличение сопротивления резисторов R3-R5, гасящего резистора и шунтирующих диодов или стабилитронов.

\

21.

18.

22 Широтно-импульсная модуляция состоит в изменении ширины (длительности) импульсов, следующих друг за другом с постоянной частотой. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — приближение желаемого сигнала (многоуровневого или непрерывного) действительным бинарным (с двумя уровнями - вкл/выкл), так что в среднем, за отрезок времени, их значения равны. Основным регулирующим фактором выступает относительная длительность импульсов или коэффициент заполнения

где Т – период следования импульсов. При односторонней ШИМ, опорное напряжение представляет собой периодические пилообразные колебания. В этом случае модуляция осуществляется изменением положения только одного фронта импульса. Для двусторонней ШИМ, требуется треугольное (желательно равностороннее) опорное напряжение. Двусторонняя ШИМ, обладает более высоким быстродействием, чем односторонняя, поэтому ее применяют чаще. Если входной сигнал – биполярный, то должны меняться полярность и среднее значение выходного напряжения. При этом возможны два типа модуляции разнополярная ШИМ и однополярная ШИМ.

что нам необходимо сделать, это сформировать широтно-импульсный модулированный (ШИМ) сигнал, который будет в качестве управляющего подаваться на затвор нашего МОП полевого транзистора. Для формирования ШИМ сигнала можно использовать схему, в которой будет происходить сравнение постоянного по величине эталонного напряжения с периодически возрастающим напряжением пилообразного сигнала (рис. 5.13).

Входной сигнал управления скоростью вращения вала электродвигателя представляет собой постоянный или медленно изменяющийся сигнал, который регулируется оператором, управляющим работой электродвигателя. Пилообразный сигнал представляет периодический сигнал, частота которого определяет скорость переключения схемы. Когда напряжение сигнала управления скоростью оказывается больше, чем напряжение пилообразного сигнала, на выходе схемы сравнения (компаратора) окажется напряжение положительной шины источника питания, +15 В в нашем примере. Когда напряжение сигнала управления скоростью окажется меньше напряжения пилообразного сигнала, на выход схемы сравнения окажется поданным напряжение отрицательной шины источника питания (или О В в нашем примере). Под словами "медленно изменяющийся" мы подразумеваем, что напряжение сигнала управления изменяется гораздо медленнее по сравнению с периодом следования пилообразного сигнала. Для наших временных зависимостей ШИМ сигнала, продемонстрированных на рис. 5.13, частота переключения составляла 1 кГц. Для того чтобы обеспечить такое значение частоты переключения при использовании нашей схемы сравнения, частота пилообразного сигнала должна также составлять порядка 1 кГц. Поэтому частота изменения сигнала управления должна будет изменяться с частотой, которая должна быть значительно ниже частоты 1 кГц.

23

преобразователь напряжения в частоту может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является уменьшение энергопотребления преобразователя. Сущность изобретения состоит в том, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, ключ разряда конденсатора, два компаратора разнополярных порогов срабатывания на операционных усилителях, динамических цепях положительной обратной связи и цепях задания порогов и соединенных по выходам через логический элемент ИЛИ с управляющим входом ключа разряда конденсатора, и два ключа, управляющие входы которых подключены к выходам компараторов, а выходы - к суммирующей точке интегратора, введены два резистора, включенные между управляющими входами ключей и соответствующими входами усилителей компараторов. 2 ил.

Преобразователь напряжения в частоту относится к элементам автоматики и измерительной техники, предназначен преимущественно для аналого-цифровых интеграторов с контуром сглаживания выходного напряжения и может применяться в системах управления и контроля с шаговыми двигателями и реверсивными счетчиками импульсов.

Преобразователи разнополярного напряжения в частоту, основанные на принципе периодического интегрирования аналогового сигнала, находят широкое применение в измерительной технике и системах автоматического управления и контроля.

При использовании таких преобразователей в аналого-цифровых интеграторах с контуром сглаживания выходного напряжения к ним предъявляются высокие требования не только к линейности характеристики преобразования, но и к форме пилообразного напряжения на выходе интегратора, входящего в состав преобразователя. Для достижения точного сглаживания выходного напряжения аналого-цифрового интегратора пилообразное напряжение на аналоговом выходе преобразователя должно иметь близкий к нулю начальный уровень и стабильную амплитуду (размах) колебаний.

Известны двухполярные преобразователи напряжения в частоту, содержащие интегратор на операционном усилителе, компараторы, входы которых подключены к выходу интегратора, выходные инверторы и диодно-резистивные цепи, соединяющие вход операционного усилителя с выходами инверторов.

Недостатки таких преобразователей заключаются в следующем. Во-первых, данные преобразователи характеризуются относительно большой нелинейностью преобразования. Ток сброса интегратора в них замыкается через выходную цепь операционного усилителя и ограничен нагрузочной способностью последнего, в результате чего время сброса интегратора не может быть пренебрежимо малым по отношению к времени интегрирования входного сигнала. Это приводит к увеличению нелинейности преобразователя. Во-вторых, в этих преобразователях затруднительно обеспечить стабильную амплитуду и нулевое значение начального уровня пилообразного напряжения, поскольку на их величины влияют параметры многих элементов (включая падения напряжения на открытых диодах и переходах база-эмиттер транзисторов, а также выходные напряжения операционных усилителей в режиме насыщения). Это ведет как к снижению точности преобразования напряжения в частоту, так и к уменьшению точности сглаживания выходного напряжения аналого-цифровых интеграторов с контуром сглаживания.

Известен двухполярный преобразователь напряжения в частоту, предназначенный для замкнутых позиционных измерительных систем цифровых управляющих сервомеханизмов и содержащий интегратор на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, цепь разряда конденсатора, два компаратора с инверторами на выходах и цепями задания разнополярных порогов срабатывания, логический элемент ИЛИ, подключенный входами к выходам инверторов, а выходом через цепь формирования временных интервалов к управляющему входу цепи разряда конденсатора.

В данном преобразователе формируется пилообразное напряжение, производная которого пропорциональна величине входного напряжения, а полярность соответствует его знаку, причем в нем может быть обеспечено более точное формирование размаха и нулевого значения начального уровня пилообразного напряжения. Кроме того, в этом преобразователе ток разряда конденсатора при сбросе интегратора может быть выбран достаточно большим, так как его максимальное значение определяется специальным ключом разряда и не ограничено нагрузочной способностью операционного усилителя в интеграторе.

Однако данному преобразователю присущ недостаток, заключающийся в относительно большой нелинейности характеристики преобразования. Это обусловлено тем, что разряд интегрирующего конденсатора в нем протекает по экспоненциальному закону и для полного разряда конденсатора (даже при большом начальном значении тока разряда) необходимо удерживать ключ разряда в открытом состоянии в течение большого промежутка времени, в течение которого не происходит интегрирование входного сигнала. Это увеличивает нелинейность преобразователя и снижает точность интегрирования в случае применения его в аналого-цифровых интеграторах. Кроме того, в данном преобразователе начальный уровень пилообразного напряжения отличается от нулевого значения, поскольку зависит от величины входного сигнала. Это объясняется тем, что ключ разряда имеет в открытом состоянии конечное сопротивление и при полном разряде конденсатора на выходе интегратора устанавливается напряжение, пропорциональное входному напряжению и отношению сопротивления ключа разряда к входному сопротивлению интегратора. Данное обстоятельство приводит к снижению точности формирования пилообразного напряжения и соответственно к увеличению погрешности выходного напряжения аналого-цифрового интегратора с контуром сглаживания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь напряжения в частоту, предназначенный для применения в аналого-цифровых интеграторах с контуром сглаживания и обеспечивающий более точное формирование пилообразного напряжения. Этот преобразователь содержит интегратор на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, ключ разряда конденсатора, два компаратора разнополярных порогов срабатывания, снабженных цепями задания порогов и цепями динамической положительной обратной связи, причем сравнивающие входы компараторов соединены с выходом интегратора, а выходы компараторов через элемент ИЛИ подключены к управляющему входу ключа разряда конденсатора, и два ключа, управляющие входы которых подключены к выходам компараторов, причем входы ключей соединены с выходами цепей задания порогов, а выходы ключей подключены к суммирующей точке интегратора.

В этом преобразователе благодаря включению ключей между выходами цепей задания порогов и суммирующей точкой интегратора обеспечивается формирование пилообразного напряжения с высокой точностью.

Недостаток данного преобразователя заключается в следующем. Для обеспечения большой скорости изменения пилообразного напряжения вблизи нулевого уровня токи сброса интегратора, протекающие через открытые ключи от цепей задания порогов, должны иметь относительно большую величину, определяемую резисторами, включенными между источниками опорных напряжений и входами компараторов. В связи с этим цепи задания порогов компараторов не могут быть выполнены на высокоомных резисторах, что приводит к увеличению энергопотребления преобразователя.

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления преобразователя напряжения в частоту.

Цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, ключ разряда конденсатора, два компаратора разнополярных порогов срабатывания, снабженных цепями задания порогов и соединенных по выходам через логический элемент ИЛИ с управляющим входом ключа разряда конденсатора, и два ключа, управляющие входы которых подключены к выходам компараторов, а выходы соединены с суммирующей точкой интегратора, введены два резистора, включенные между входами цепей задания порогов и источниками опорных напряжений, при этом входы ключей соединены с входами цепей задания порогов.

Проявление предлагаемым преобразователем нового свойства по сравнению с аналогичными устройствами, обеспечивающего положительный эффект, заключающийся в уменьшении энергопотребления преобразователя, позволяет признать заявленную совокупность признаков новой, а следовательно, соответствующей критерию "существенные отличия".

24. Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Принцип работы компенсационного стабилизатора основан на использовании цепи отрицательной обратной связи (далее в тексте - ООС). Для реализации указанного принципа устройство кроме регулирующего (исполнительного) элемента РЭ должно содержать исполнительный элемент ИЭ, элемент сравнения и источник эталонного напряжения Uэт (рис.1). Выходное напряжение измерительного элемента, пропорциональное стабилизированному параметру, сравнивается в элементе сравнения с эталонным напряжением, и полученный сигнал ошибки Uош = Uэт - Uиз управляет коэффициентом передачи РЭ. Увеличение Uош, вызванное уменьшением выходного напряжения, увеличивает коэффициент передачи РЭ, что ведет к увеличению выходного напряжения. И, наоборот, увеличение выходного напряжения, уменьшая сигнал ошибки, вызывает уменьшение коэффициента передачи РЭ, что в свою очередь ведет к уменьшению выходного напряжения.
В зависимости от вида выполнения РЭ различают непрерывные и ключевые компенсационные стабилизаторы напряжения. В непрерывных компенсационных стабилизаторах в качестве РЭ используют биполярный или полевой транзистор, ключевых - импульсные усилители мощности. Мы остановимся на первом варианте.

Типовая схема разбираемого компенсатора на рис.2. Рассмотрим теперь не структурно, как на рис.1, а подетально его работу. Выходное напряжение стабилизатора равно разности его входного напряжения и падения напряжения между выводами эмиттера и коллектора регулирующего транзистора VT: Uвых = Uвх - Uкэ. В свою очередь, для Uкэ справедливо выражение Uкэ = Uкб + Uбэ≅ Uкб + const. Напряжение Uкб определяется падением напряжения на резисторе смещения Rсм (Uкб = IR*Rсм = Uвх - UDAвых). Операционный усилитель включен DA включен по схеме с дифференциальным входом, поэтому его выходное напряжение UDAвых = KU0*(Uэт - UR2).
Здесь KU0 - коэффициент усиления операционного усилителя DA по напряжению. Так как цепь ООС (отрицательная обратная связь - подача сигнала с выхода на вход) в усилителе отсутствует, то из-за большого KU0 можно считать, что во всех режимах работы Uэт - UR2 = 0 и, следовательно, выходное напряжение стабилизатора Uвых = Uэт*(R1 +R2)/R2. Возникновение любых отклонений выходного напряжения от указанного уровня приводит к нарушению условия Uэт - UR2 = 0. Это изменяет выходное напряжение операционного усилителя, а следовательно, и напряжение Uкб транзистора VT, компенсируя возникшие отклонения. Рассмотрим конкретнее.

29, 30 Омме́тр (Ом + др.-греч. μετρεω «измеряю») — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.

Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.

Электронный вольтметр переменного напряжения состоит из преобразователя переменного напряжения в постоянное, усилителя и магнитоэлектрического индикатора. Часто на входе вольтметра устанавливается калиброванный делитель напряжения. с помощью которого увеличивается верхний предел измеряемого напряжения. В зависимости от вида преобразования показание вольтметра может быть пропорционально амплитудному (пиковому), средневыпрямленному или среднеквадратическому значению измеряемого напряжения.

Параметры

Мгновенное значение — значение сигнала в определённый момент времени, функцией которого является u(t) Мгновенные значения медленно изменяющегося сигнала можно определить с помощью малоинерционного вольтметра постоянного тока или шлейфового осциллографа, для периодических быстротекущих процессов используется электронно-лучевой осциллограф.

Пиковое (амплитудное) значение — наибольшее мгновенное значение напряжения или силы тока за периодПиковое значение напряжения измеряется с помощью импульсного вольтметра или осциллографа.

Среднеквадратичное значение (устар. действующее, эффективное) — корень квадратный из среднего значения квадрата сигнала.

Среднеквадратичные значения являются самыми распространёнными, т. к. они наиболее удобны для практических расчётов, когда говорят просто о напряжении или силе тока, то по умолчанию имеются в виду именно их среднеквадратичные значения. В среднеквадратичных значениях проградуированы показывающие устройства всех вольтметров и амперметров переменного тока, однако, большинство приборов дают правильные показания для этих значений только при форме тока близкой к синусоидальной, некритичны к форме сигнала только приборы с термопреобразователем, специальным квадратичным детектором или квадратичным АЦП. Квадрат среднеквадратичного значения напряжения численно равен средней мощности, рассеиваемой на сопротивлении 1Ом.

Среднее значение — постоянная составляющая напряжения или силы тока

Средневыпрямленное значение — среднее значение модуля сигнала

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью.

Магнитоэлектрический вольтметр показывает среднее значение выпрямленного напряжения.

Магнитоэлектрические вольтметры не могут работать без выпрямителей, так как при изменении направления тока в рамке направление магнитного потока остается постоянным, а направление действующего на рамку момента изменяется. При этом рамка не поворачивается в устойчивое положение, а только вибрирует. Для устранения вибрации необходимы выпрямители и сглаживающие фильтры.

17 Переменные напряжения звуковых частот (50...20000 Гц) измеряют вольтметрами выпрямительной системы. Их еще называют детекторными, так как они представляют собой сочетание микроамперметра с детектором на полупроводниковых диодах.

Выпрямители могут быть однополупериод-ными рис. 3.2б или двухполупериодными рис. 3.2а. Вольтметры с двухполупериодными выпрямителями вдвое чувствительнее вольт-

метров с однополупериодными выпрямителями. Отклонение стрелки микроамперметра пропорционально средневыпрямленному значению измеряемого переменного напряжения. В подавляющем большинстве случаев шкалу прибора выпрямительной системы градуируют в среднеквадратичных значениях.

При несинусоидальной форме напряжения следует пользоваться средневыпрямленным значением измеряемого напряжения.

При этом, показания прибора следует умножить на коэффициент 0,45 (при однополупери-одном) или 0,9 (при двухполупериодном выпрямлении).

Структурная схема вольтметров выпрямительной системы:

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

Чтобы измерить переменную составляющую пульсирующего напряжения, вольтметр выпрямительной системы подключают к измеряемой цепи через разделительный конденсатор, который «отрежет» постоянную составляющую U 0. 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.

25.

Преобразователи постоянного напряжения (ППН) предназначены для пре-
образования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение
другого уровня с высоким КПД. Иногда их называют конверторами. Они служат
для питания нагрузки постоянным напряжением Uн, отличающимся по величине
от напряжения источника питания Ud.
По построению ППН делятся:
а) на двухзвенные ППН, состоящие из автономного инвертора (АИ), преобра-
зующего постоянное напряжение в переменное, и выпрямителя. Трансформатор,
стоящий между выпрямителем и АИ, позволяет получить на выходе напряжения
как меньшие, так и большие входного.
б) на непосредственные ППН, выполненные на основе прерывателей [6, 21,
35, 47, 58, 62].
Двухзвенные ППН чаще всего применяются в источниках питания систем
управления и автоматики и будут рассмотрены позже.

Сх повыш ППН:

Основным показателем ППН яв-ся КПД

28.

Магнитоэлектрические омметры определяют величину электрического сопротивления путем непосредственного отсчета по шкале стрелочного электроизмерительного прибора.

Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения сопротивлений от сотен ом до нескольких мегаом измеритель и измеряемое сопротивление r_x включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны: I = U/(r₀ + r_x), где U — напряжение источника питания; r₀ — сопротивление измерителя. При малых значениях r_x (до нескольких ом) измеритель и r_x включают параллельно.

На основе магнитоэлектрического измерительного механизма выпускают магнитоэлектрические омметры: с последовательным включением механизма и объекта исследования, с параллельным включением и с логометрическим измерительным механизмом

Сочетание схем комбинированных выпрямительных ампер-вольтметров со схемами магнитоэлектрических омметров позволяет создавать универсальные приборы для проверки и наладки радиосхем так называемые тестеры, позволяющие измерять постоянные и переменные токи и напряжения в широких пределах, а также активные сопротивления

Для измерения сопротивления постоянному току в комбинированных приборах применяют последовательные и параллельные магнитоэлектрические омметры

При использовании прибора в качестве омметра он работает по обычной схеме магнитоэлектрического омметра, а при работе в качестве вольтметра переменного тока к измерителю подключаются вмонтированные в корпус прибора купроксный однополупериодный выпрямитель и добавочные сопротивления. Для переключения прибора с одной схемы на другую служит нажимная кнопка, расположенная на лицевой стороне, которая в ненажатом состоянии соединяет прибор по схеме вольтметра, а в нажатом - по схеме омметра.

Шкала измерителя, про-градуированная в значениях Rx, имеет такой же характер, как у магнитоэлектрических омметров. [7]

Сопротивления в диапазоне от единиц ом до единиц и десятков мегом измеряют мостами (одинарными) постоянного тока, цифровыми, электронными и магнитоэлектрическими омметрами. Промышленность выпускает различные типы этих приборов, различающиеся точностью, удобством эксплуатации, габаритами, массой и другими характеристиками. В табл. 1 - 7 приведены классы точности или допускаемые основные погрешности (в процентах) на верхних пределах измерений, достигнутые в настоящее время для широко используемых средств измерений сопротивления постоянному току. [8]

Для измерения больших сопротивлений (до 10 мОм) используют одинарные мосты, а при измерении очень больших сопротивлений используются баллистические гальванометры. Следует учесть, что при измерении больших сопротивлений токи, протекающие через исследуемые объекты, становятся очень малыми, что предъявляет высокие требования к чувствительности. Для измерения больших сопротивлений могут также быть использованы магнитоэлектрические омметры и омметры-логометры, электронные тераомметры, цифровые омметры. [9]