Урок 6. Электронные аналоговые измерительные приборы и их применение

Электронные аналоговые измерительные приборы - э то сочетание электронной части, предназначенной для преобразования, выпрямления, усиления электрической величины, и измерительного механизма магнитоэлектрической системы, а в осциллографах – электронно-лучевой трубки. Электронные приборы по сравнению с электромеханическими обладают значительным быстродействием, большим диапазоном измеряемых величин.

В зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин, все электронные измерительные приборы, подразделяются на группы:

Группа В - приборы для измерения напряжений: В1 - калибраторы; В2 - вольтметры постоянного тока; В3 - вольтметры переменного тока; В4 - вольтметры импульсного тока; В6 - вольтметры селективные, В7 – вольтметры универсальные.

Группа Г – измерительные усилители и генераторы: Г3 - генераторы гармонических колебаний низкочастотные; Г4 - генераторы гармонических колебаний высокочастотные; Г5 - генераторы импульсные; Г6 - генераторы функциональные.

Группа Е – приборы для измерения распределенных параметров электрических цепей.

Группа С – приборы для наблюдения за формой сигналов и ее исследования.

Группа Ч – частотомеры.

Группа Ф – измерители фазового сдвига и т.д.

Применение: электронные аналоговые измерительные приборы применяются в качестве вольтметров, частотомеров, осциллографов, измерителей сопротивления, емкости, индуктивности, параметров транзисторов, интегральных схем и др.

Рис. 2.21. Вольтметр 004660 переменного тока аналоговый

Вольтметр 004660 переменного тока аналоговый (рис. 2.21) предназначен для измерения величины напряжения в цепях постоянного и переменного тока. Диапазон измерений: 0 – 500. Способ включения: прямой. Частота напряжения: 50/60 Гц. Количество модулей: 4. Габаритные размеры (Ш × В × Г): 70 × 83 × 77 мм. Изготовитель: Legrand.

Рис. 2.22. Аналоговый осциллограф С1-157

С1-157 Аналоговый осциллограф (рис. 2.22.):

 Полоса пропускания 0-100 МГц

 Режим X-Y выхода с калибров. коэф. отклонения

 Модуляция яркости луча (Z-вход)

 Два канала

 Встроенный тестер компонентов

 Выход (Z-выход) положительного импульса прямого входа

 Включен в государственный реестр РБ и РФ

С1-157 - аналоговый осциллограф, предназначен для исследования электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их параметров по шкале экрана ЭЛТ в полосе частот 0-100 МГц.

Кроме того, он позволяет измерять параметры двух- и трехполюсников при помощи встроенного тестера компонентов и наблюдения ВАХ полупроводниковых приборов. При исследовании двухполюсников тестер позволяет: проводить измерения по ВАХ, проверять исправность отдельных диодов, стабилитронов (до 12 В), светодиодов, туннельных диодов, переходов Э-Б, Б-К биполярных, И-З, С-З полевых транзисторов; проверять исправность p-n переходов путем сравнения с аналогичными в исправной схеме, прозванивать цепи. При исследовании трехполюсников: наблюдать выходные ВАХ биполярных транзисторов малой и средней мощности в прямом и инверсном режимах, определять статический коэффициент передачи в схеме с ОЭ, коэффициент передачи в инверсном режиме, напряжение Эрли, пробивные напряжения p-n переходов; по выходным ВАХ полевых транзисторов малой мощности определять начальный ток стока, напряжение отсечки, крутизну ВАХ. Тестер удобен при входном контроле полупроводниковых приборов и подборе транзисторов в согласованные пары

Электронные вольтметры (ЭВ) составляют наиболее обширную группу электронных приборов. Основное их назначение - измерение напряжения в цепях постоянного, переменного тока в широком диапазоне частот.

ЭВ постоянного тока - структурная схема (рис. 2.23) состоит из: делителя входного напряжения, усилителя постоянного тока, магнитоэлектрического микроамперметра.

Рис. 2.23. Структурная схема ЭВ постоянного тока.

Классы точности: 1,5; 2,5.

Диапазон измерения - от 100 мВ до 1000 В.

ЭВ переменного тока - структурная схема этих вольтметров может иметь два вида: а) выпрямитель, усилитель постоянного тока, магнитоэлектрический ИМ; б) усилитель переменного тока, выпрямитель, магнитоэлектрический ИМ.

ЭВ, выполненные по схеме а) имеют меньшую чувствительность, меньшую точность, т.к. при низких напряжениях выпрямители плохо работают, но имеют более широкий частотный диапазон - от 10 Гц до 100-700 МГц. По такой схеме обычно выполняются универсальные вольтметры переменного и постоянного тока. Нижний предел измерения таких вольтметров ограничивается порогом чувствительности выпрямителя и составляет обычно 0,1- 0,2 В.

ЭВ, выполненные по структурной схеме б) более чувствительны, но имеют более узкий частотный диапазон (до 50 МГц), который ограничивается усилителем переменного тока (трудность изготовления со стабильным коэффициентом усиления).

ЭВ среднего значения. Простейший вольтметр для измерения относительно высоких напряжений может быть выполнен по структурной схеме б) с использованием в качестве выпрямителя полупроводникового диодного моста. Показания ЭВ среднего значения зависят от формы кривой измеряемого напряжения. Многопредельность ЭВ обеспечивается с помощью входного делителя. Диапазон измерения: - по частоте от 10 Гц до 10 МГц; по напряжению от 1 мВ до 300 В.

Амплитудный ЭВ или диодно-конденсаторный выполняется по структурной схеме а) с использованием преобразователя пикового значения. Показания такого ЭВ пропорциональны амплитудному значению измеряемого напряжения. Такие вольтметры позволяют измерять амплитуду импульсов с минимальной длительностью до десятых долей микросекунды и скважностью от 2 до 500. Верхняя частота диапазона измерения определяется частотными свойствами диода, значениями монтажных емкостей и индуктивностью подводящих проводов. Нижняя граница частотного диапазона определяется постоянной времени разряда конденсатора и, чем больше ее значение, тем ниже граничная частота. Диапазоны измерения: по частоте от 20 Гц до 1000 МГц; по напряжению от 100 мВ до 1000 В. Классы точности: 4,0; 10,0. Входное сопротивление - от 100 кОм до 5 МОм.

ЭВ действующего значения. В схеме такого ЭВ преобразователь выполняется на элементах с квадратичной ВАХ. Для увеличения протяженности квадратичного участка ВАХ используются преобразователи на диодных цепочках. Основное их достоинство заключается в независимости показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Для расширения пределов измерения ЭВ на переменном токе используются емкостные делители напряжения.

Диапазоны измерения: по частоте от 20 Гц до 50 МГц; по напряжению от 1 мВ до 1000 В. Классы точности: 4,0; 10,0; 15,0.

Главными достоинствами ЭВ являются: высокая чувствительность (за счет усилительных свойств); практическое отсутствие потребляемой мощности; широкий диапазон рабочих частот и измеряемых напряжений.

Основными недостатками являются: высокая стоимость; ограниченная точность; необходимость переградуировки при замене элементной базы.

Электронный омметр представляет собой электронный вольтметр постоянного тока, имеющий измерительную схему, преобразующую измеряемое сопротивление в пропорциональное ему постоянное напряжение. Шкалу такого вольтметра градуируют в единицах измеряемого сопротивления и применяют его как прямопоказывающий омметр. Расширение пределов измерения осуществляется с помощью образцовых резисторов. Диапазон измерения от 10 Ом до 1000 МОм. Погрешность 3-4%.

Прямое измерение частоты реализуется с использованием электронныхчастотомеров.

Частотомеры электронные применяются при измерениях в частотном диапазоне от 10 Гц до нескольких МГц, при уровнях входного сигнала 0,5 до 200 В, имеют большое входное сопротивление, что обеспечивает малое потребление мощности. Классы точности 0,5; 1,0 и ниже.

Электронный логометр (тераомметр) применяется для измерения больших сопротивлений. Последовательно с измеряемым сопротивлением R_Х включается образцовое сопротивление R₀. С помощью электронного вольтметра измеряют падение напряжения на R_Х (при условии, что R₀ >> R_Х), которое пропорционально измеряемому сопротивлению. Шкала при этом будет линейной. При R₀ << R_Х - измеряют падение напряжения на R₀.

При этом шкала выходного прибора обратно пропорциональна измеряемому сопротивлению и носит гиперболический характер. Обычно это многопредельные приборы с неравномерной шкалой. Классы точности: 1,5; 2,5; 4.0; 6,0; 10,0. Диапазон измерения: от 10 Ом до 10 ПОм.