Вольтметр. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
Вольтметр – измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения (U). Единица измерения напряжения — Вольт (V). Прибор имеет большое сопротивление. Чем оно больше, тем он лучше и точнее. Это снижает воздействие на измеряемую цепь, и дает возможность считать данные о напряжении с минимальной погрешностью.
По предназначению приборы могут быть:
- Постоянного напряжения.
- Переменного напряжения.
- Импульсной чувствительности.
- Фазовые.
- Селективного поиска частот.
- Универсальные.
Вольтметр постоянного напряжения имеет маркировку В2. Он применяется в сетях с постоянным током. Обычно такие приборы используют как тестер для различного оборудования, а также автомобильной проводки.
Переменного напряженияПриборы переменного напряжения имеют маркировку В3.
Он используется в сетях соответствующего тока. Прибор преобразовывает переменные параметры в постоянные, на выходе проводится усиление сигнала, который поступает на измерительный механизм. Фактически внутри, устройство для переменных сетей, соответствует прибору постоянного тока, но перед этим имеет специальную систему для преобразования параметров электричества.
Импульсочувствительные модели маркируются обозначением В4. Они предназначены для снятия показаний коротких импульсных напряжений. Часто такие вольтметры применяют для поиска импульсных помех. Иными словами, с помощью данного прибора можно выявить, на каком участке электрической цепи присутствует слабый контакт. Благодаря этому свойству импульсные блоки применяют при тестировании электропроводки автомобилей, микросхем и т.д.
ФазовыеФазовые аппараты маркируются как В5. Приборы предназначены для снятия измерений квадратурных составляющих первой гармоники.
Принцип действия таких измерителей заключается в том, что они оснащаются двумя чувствительными зонами. Прибор снимает два показания. Первоначальная фаза устройством воспринимается как ноль. Такие приборы практически не востребованы, поскольку в быту являются ненужными.
Измерительные приборы селективного поиска частот имеют на корпусе обозначение В6. Они одни из самых габаритных. Вольтметры этого типа могут выделять гармонические составляющие сложных сигналов. Фактически их конструкция имеет много общего с радиоприемниками, которые ловят частоты сигналов.
УниверсальныеУниверсальные измерители являются многофункциональным устройством, которое позволяет снимать показатель напряжение в любых электрических сетях. На корпусе таких приборов стоит маркировка В7. Зачастую в комплекте с такими устройствами идут наборы шунтов для проведения безопасного подключения.
Разновидности по внешним параметрамПо внешним параметрам измерители разделяют на три категории:
- Переносные.
- Стационарные.
- Щитовые.
Переносные вольтметры являются полностью автономными. Они отличаются небольшими размерами, весом и удобным корпусом для транспортировки. Мультиметр или тестер считаются одной из разновидностей переносных вольтметров. Зачастую такие приборы оснащаются двумя электродами для снятия показаний электрической цепи без необходимости закрепления прищепками или крокодилами.
Стационарные вольтметры являются более тяжелыми. Они обычно устанавливаются в сложное электрическое оборудование. Такие приборы более чувствительные, поэтому отличаются повышенными габаритами. Их устанавливают на производственных объектах, где постоянно требуется контролировать состояние электросети, которая поддерживает работу холодильных установок, нагревательных элементов, систем кондиционирования и пр. Особенно они важны, если идет питание от генератора.
Щитовые вольтметры имеют много общего со стационарными, поскольку их нельзя переносить.
Они зачастую имеют более компактный корпус, чем стационарные, но все-таки крупнее переносных вольтметров. Обычно их устанавливают в щитовые шкафы.
По принципу действия вольтметры, как и любые другие приборы, предназначенные для изменения параметров электрической цепи, бывают электронными и механическими. Способы, по которым они проводят измерения, отличаются. Сложно сказать какой принцип лучше.
ЭлектромеханическиеЭлектромеханические вольтметры имеют стрелку, которая закреплена на рамке с обмоткой. Рамка насаживается на ось с постоянным магнитом. При подаче напряжения создается электромагнитное поле. В результате его взаимодействия с полем постоянного магнита, рамка начинает отклоняться вместе со стрелкой, которая указывает на шкалу.
Такие приборы могут иметь различную чувствительность, которая выражается коэффициентом пропорциональности между цифровым отображением угла на шкале и реальным напряжением.
Для того чтобы предотвратить колебания стрелки на шкале, и снять точные показания применяется индукционный демпфер. Обычно его делают из алюминиевой пластины, которая также крепится на оси и передвигается вместе со стрелкой. Создаваемые электромагнитные завихрения контактируют с пластиной, подобно парусу и ветру. Это притормаживает колебания стрелки. Также бывает воздушный демпфер, который состоит из механизма из поршня и цилиндра. При колебаниях стрелки они придерживают ее, не допуская сильных скачков. Проводится обычное затормаживание поршнем, зафиксированным в цилиндре.
Также внутри электромеханических вольтметров имеется система противовесов в виде грузиков устанавливаемых на стрелку. Они не допускают ее отклонение под влиянием силы тяжести. Благодаря этому устройство дает точные показатели вне зависимости от угла наклона при проведении измерения. Подвижные части механизма вольтметра делают из твердой стали, которая не поддается истиранию. Все стержни полируются для снижения трения.
При подключении таких приборов необходимо соблюдать полярность, поскольку при неправильном соединении стрелка будет пытаться повернуться в противоположную сторону, что не позволяет специальный стопор в корпусе.
ЭлектронныеЭлектронные вольтметры могут быть аналоговыми или полностью электронными. Аналоговые приборы внешне напоминают обычные механические. Они также оснащаются стрелкой, которая указывает на шкалу. Внутри них имеется компактная система преобразования входного напряжение в постоянное. Благодаря этому колебания стрелки исключаются. Специальный детектор в зависимости от уровня напряжения отклоняет стрелку под определенным углом, который и соответствует измеренному напряжению цепи.
Цифровые вольтметры имеют микросхему (контроллер). На внешней панели имеется дисплей, на котором отображается напряжение в цифровом виде. Такие приборы отличаются большой точностью, компактностью, легкостью и надежностью. Точность вольтметра в первую очередь зависит от преобразователя, переводящего параметры напряжения в кодированный цифровой сигнал, который отображается на дисплее.
В электрических схемах вольтметр отображается латинской буквой «V». Для получения точных данных прибор должен быть подключен параллельно участку цепи, на которой необходимо провести измерение напряжения. При подсоединении важно соблюсти полярность. Для непосредственной фиксации проводов прибора к проводнику он оснащается специальными зажимами или точечными электродами.
В тех случаях, если необходимо замерить напряжение источника питания, прибор подключается непосредственно к его клеммам. При этом необходимо учитывать, что для высоковольтного напряжения нельзя применять слабые вольтметры, не рассчитанные для таких параметров.
Все устройства разделяются по диапазону измерения. Существуют вольтметры, которые могут фиксировать как милливольты, так и киловольты. Бывают также модели для работы с микросхемами, так называемые микровольтметры. Они чувствительны к миллионной части вольта. Следует всегда смотреть на диапазон частоты измерения, перед тем как использовать вольтметр для снятия параметров напряжения в отдельно взятом участке электрической цепи.
Применив микровольтметр вместо киловольтметра можно вызвать короткое замыкание.
Особенно важно обратить внимание, что если прибор рассчитан для постоянного тока, то его нельзя подключать к переменному, и наоборот. Если применяется универсальный вольтметр, то перед его подключением необходимо выбрать режим измерения. В случае, когда он применяется для измерения постоянного напряжение, то на панели вольтметра необходимо установить значение, например + 60В. После этого нужно уменьшать вольтаж до тех пор, пока прибор не начнет считывание. Это проводится потому, что сети постоянного тока могут иметь различные напряжения. К примеру, в военной технике – 24В, автомобилях – 12В, а в некоторых мотоциклов – 6В. В том случае, когда нужно работать с сетью переменного тока, то устанавливается показатель 220В.
Технические характеристикиВне зависимости от того, по какому принципу работает вольтметр, его назначению и способу исполнения, все приборы имеют общие критерии оценки эффективности.
На них следует обратить внимание, перед тем как начинать использовать, или покупать устройство. В первую очередь это касается точности измерения. Этот показатель характеризует соответствие тех данных, которые фиксирует прибор, с реальными параметрами напряжения.
При наличии максимального внутреннего сопротивления вольтметр любого типа будет оказывать минимальное влияние на электрическую цепь, с которой снимаются показатели. Чем выше этот показатель, тем устройство точнее.
Похожие темы:
- Амперметр. Виды. Работа. Применение. Особенности
- Токоизмерительные клещи. Виды. Работа. Применение. Как выбрать
- Индикатор напряжения. Виды и использование. Особенности
Принцип работы вольтметра
Вольтметр — это измерительный прибор, который измеряет напряжение между двумя узлами в электрической цепи. В аналоговых вольтметрах указатель перемещается по шкале пропорционально напряжению цепи. Цифровые вольтметры имеют цифровое отображение напряжения с использованием аналого-цифрового преобразователя.
- Принцип работы вольтметра
- Типы вольтметров
Принцип работы вольтметра
Его работа основана на принципе закона Ома. Закон Ома гласит: «Напряжение на сопротивлении прямо пропорционально току, проходящему через него». Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на своих клеммах, когда через него протекает полномасштабный ток. Символом для обозначения вольтметра является круг с вложенной буквой V.
Вольтметр всегда подключается параллельно к нагрузке в цепи, для которой должно измеряться напряжение. Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Поэтому необходимо подключить клемму плюса (+) вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму минуса (-) к нижней точке потенциала, чтобы получить отклонение вольтметра.
В вольтметре переменного тока нет знаков полярности, и его можно подключить в любом случае. Однако в этом случае также вольтметр все еще подключен параллельно к нагрузке, для которого измеряется напряжение. Вольтметр с диапазоном высокого напряжения создается путем последовательного соединения сопротивления с измерительным механизмом, который имеет полную шкалу напряжения, как показано на рисунке ниже.
Полная шкала напряжения
Типы вольтметров
Аналоговые вольтметры
Включает отклоняющий тип индикаторных измерителей напряжения.
Аналоговый вольтметр можно разделить на три категории.
- Инструменты с подвижной катушкой
- Движущиеся железно
- Электростатический вольтметр
Инструменты с подвижной катушкой
Тип измерительных приборов с подвижной катушкой Аналоговые вольтметры доступны в двух типах. Они есть:
- Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
Инструменты с постоянными магнитами с подвижной катушкой реагируют только на постоянный ток. Эти инструменты имеют постоянный магнит для создания магнитного поля. Катушка намотана на кусок мягкого железа и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Когда ток течет через катушку, отклоняющий крутящий момент генерируется в соответствии с уравнением силы Лоренца.
Приборы с подвижной катушкой типа «Динамо» состоят из двух катушек. Одна катушка зафиксирована, а другая катушка вращается вокруг нее. Взаимодействие двух полей создает отклоняющий момент.
Инструменты с подвижным железом
Инструменты с подвижным железом используются в цепях переменного тока и подразделяются на инструменты с простым подвижным железом, типом динамометра и индукционным. Он состоит из мягкого железа, содержащего подвижные и неподвижные катушки.
Взаимодействие потоков, создаваемых этими элементами, создает отклоняющий момент. Диапазоны расширены за счет удержания резисторов последовательно с катушкой.
Электростатический вольтметр
Он работает по электростатическому принципу, когда отталкивание между двумя зарядовыми пластинами отклоняется от указателя, прикрепленного к пружине.
Эти приборы используются для измерений переменного и постоянного тока высокого напряжения. Это высокочувствительные приборы, способные измерять минимальное напряжение заряда, а также напряжение высокого диапазона почти 200 кВ.
Вакуумный ламповый вольтметр
Эти типы инструментов могут работать как с переменным / постоянным напряжением, так и с измерениями сопротивления. Эти устройства используют электронный усилитель между входом и счетчиком.
Если это устройство использует вакуумную лампу в усилителе, то это называется вакуумным ламповым вольтметром (VTVM). VTVM используются в измерениях переменного тока высокой мощности.
Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления электрическим поведением устройства. Они также известны как униполярные транзисторы. Вольтметр на основе полевых транзисторов использует это свойство полевых транзисторов при измерении напряжения.
Цифровой вольтметр (DVM)
DVM отображает напряжение с помощью светодиодов или ЖК-дисплеев для отображения результата.
Прибор должен содержать аналого-цифровой преобразователь.
Устройство содержит запрограммированный микроконтроллер, АЦП и ЖК-дисплей для обеспечения точного цифрового отображения аналоговых значений от 0 до 15 вольт постоянного тока.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 7 чел.
Средний рейтинг: 3.3 из 5.
Стрелочный вольтметр. Параметры и особенности.
И хоть мы уже давно привыкли к цифровым вольтметрам, в природе всё ещё встречаются и стрелочные.
В некоторых случаях их применение может быть более удобным и практичным, чем использование современных цифровых.
Если в ваши руки попал стрелочный вольтметр, то желательно узнать его основные характеристики. Их легко определить по шкале и надписях на ней. В мои руки попал встраиваемый вольтметр М42300.
Внизу, под шкалой, как правило, есть несколько значков и указана модель прибора. Так, значок в виде подковы (или изогнутого магнита) означает, что это прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой.
На следующем снимке можно разглядеть такую подковку.
Горизонтальная чёрточка указывает на то, что данный измерительный прибор рассчитан на работу с постоянным током (напряжением).
Тут же стоит уточнить, почему речь идёт о постоянном токе. Не секрет, что стрелочными бывают не только вольтметры, но и огромное количество других измерительных приборов, например, тот же аналоговый амперметр или омметр.
Действие любого стрелочного прибора основано на отклонении катушки в поле магнита при прохождении постоянного тока по этой самой катушке. Чтобы отобразить с помощью стрелки показания на шкале прибора, ток должен быть постоянным.
Если он будет переменным, то стрелка будет отклоняться вправо-влево с частотой переменного тока, который протекает через обмотку катушки. Чтобы измерить величину переменного тока или напряжения в измерительный прибор встраивают выпрямитель.
Именно поэтому, под шкалой прибора указывается тип тока, с которым он способен работать: постоянным или переменным.
Далее на шкале прибора можно обнаружить целое или дробное число, вроде 1,5; 1,0 и подобное.
Это класс точности прибора, выраженный в процентах %. Понятно, чем меньше число, тем лучше – показания будут точнее.
Также можно увидеть такой знак – две пересекающиеся черты под прямым углом. Этот знак указывает на то, что рабочее положение прибора вертикальное.
При горизонтальном положении показания могут быть менее точные. Иными словами прибор может «врать». Стрелочный вольтметр с таким значком лучше устанавливать в прибор вертикально и исключить существенный наклон.
А вот такой знак говорит о том, что рабочее положение прибора – горизонтальное.
Ещё один интересный знак – пятиконечная звезда с цифрой внутри.
Данный знак предупреждает о том, что между корпусом прибора и его магнитоэлектрической системой напряжение не должно превышать 2кВ (2000 вольт). На это стоит обращать внимание при эксплуатации вольтметра в высоковольтных установках. Если вы планируете использовать его в блоке питания на 12 – 50 вольт, то беспокоиться не стоит.
Как считывать показания со шкалы стрелочного вольтметра?
Для тех, кто впервые видит шкалу прибора, возникает вполне резонный вопрос: «А как же считывать показания?» На первый взгляд ничего непонятно .
На самом деле всё просто. Чтобы определить минимальное деление шкалы нужно определить ближайшее число (цифру) на шкале. Как видим на шкале нашего М42300 – это 2.
Далее считаем количество промежутков между чёрточками до первого числа или цифры – в нашем случае до 2. Их оказывается 10. Далее делим 2 на 10, получаем 0,2. То есть, расстояние от одной маленькой чёрточки до соседней, равно – 0,2 вольта.
Вот мы и нашли минимальное деление шкалы. Таким образом, если стрелка прибора отклонится на 2 маленьких деления, то это будет означать, что напряжение равно 0,4V (2 * 0,2V = 0,4V).
Практический пример.
В наличии уже знакомый нам встраиваемый вольтметр модели М42300. Прибор предназначен для измерения постоянного напряжения до 10 вольт. Шаг измерения — 0,2 вольта.
Прикручиваем к клеммам вольтметра два провода (соблюдаем полярность!), и подключаем севшую батарейку на 1,5 вольта или любую попавшуюся.
Вот такие показания я увидел на шкале прибора. Как видим, напряжение батарейки равно 1 вольту (
Кроме этого мне стало интересно, какой ток потребляет сам стрелочный вольтметр. Поэтому вместо батарейки я подключил блок питания и выставил на выходе 10 вольт — чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу. Далее я подключил в разрыв цепи цифровой мультиметр и измерил ток.
Оказалось, ток, потребляемый стрелочным вольтметром, составил всего 1 миллиампер (1 мА). Его достаточно, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу. Это очень мало. Поясню свой намёк.
Получается, что стрелочный вольтметр экономичнее цифрового. Посудите сами, любой цифровой измерительный прибор имеет дисплей (ЖК или светодиодный), контроллер, а также буферные элементы для управления дисплеем.
Вот и получается, что для портативных приборов с автономным питанием иногда разумнее использовать классический стрелочный вольтметр.
При подключении вольтметра к цепи следует помнить о нескольких простых правилах.
Во-первых, вольтметр (любой, хоть цифровой, хоть стрелочный) необходимо подключать параллельно той цепи или элементу, напряжение на котором планируется измерять или контролировать.
Во-вторых, следует учитывать рабочий диапазон измерений. Узнать его легко – достаточно взглянуть на шкалу и определить последнее число на шкале. Это и будет граничное напряжение для измерения данным вольтметром. Естественно, есть и универсальные вольтметры, с выбором предела измерения, но сейчас речь идёт о встраиваемом стрелочном вольтметре с одним пределом измерения.
Если подключить вольтметр, например, со шкалой измерения до 100 вольт, в цепь, где напряжение превышает эти 100 вольт, то стрелка прибора будет уходить за пределы шкалы, «зашкаливать». Такое положение дел рано или поздно приведёт к порче магнитоэлектрической системы.
В-третьих, при подключении стоит соблюдать полярность, если вольтметр рассчитан на измерение постоянного напряжения. Как правило, на клеммах (или хотя бы у одной) указывается полярность – плюс «+» или минус «-» . При подключении вольтметров, рассчитанных на измерение переменного напряжения, полярность подключения не имеет значения.
Надеюсь, теперь вам будет проще определить основные характеристики стрелочного вольтметра, а самое главное, применить его в своих самоделках, например, встроив его в блок питания с регулируемым выходным напряжением . А если сделать светодиодную подсветку его шкалы, то он будет выглядеть вообще шикарно! Согласитесь, такой стрелочный вольтметр будет смотреться стильно и эффектно.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Как измерить сопротивление цифровым мультиметром?
Как узнать мощность трансформатора?
Аналоговый вольтметр
Эволюция аналоговых вольтметров
в период с 1960 по 1980 год. в общем каталоге Hewlett Packard перечислены 35 различных аналоговых приборов и более 10 различных цифровых приборов для измерения вольт, ампер и омов. Как обычно, усилия Hewlett Packard по обучению технологиям привели к появлению различных публикаций, посвященных линейке продуктов для вольтметров переменного и постоянного тока. Два примечания по применению, приведенные ниже, были опубликованы, чтобы помочь инженеру в выборе наиболее подходящего прибора, соответствующего его потребностям в измерениях.
| |
Чехол Ан-60 — апрель 1967 г. |
Какой вольтметр переменного тока?
Нажмите на ссылку ниже, чтобы скачать файл Ан-60 в формате PDF. Под названием «Какой вольтметр переменного тока?» он был опубликован в апреле 1967 года, чтобы помочь инженерам выбрать оптимальный вольтметр переменного тока для своих нужд.
«Какой вольтметр переменного тока?» — PDF-файл (2,9 МБ)
| |
Чехол Ан-69 — авг. |
1965 г.
Какой вольтметр постоянного тока?
Нажмите на ссылку ниже, чтобы скачать файл Ан-69 в формате PDF. Под названием «Какой вольтметр постоянного тока?» он был опубликован в августе 1965 года, чтобы помочь инженерам выбрать лучший вольтметр постоянного тока для своих нужд.
«Какой вольтметр постоянного тока?» — PDF-файл (8 Мб)
Что делает вольтметр лучше?
Во времена правления аналоговых измерителей всех типов, вольт, ампер, ом и т. д. последним звеном в цепи, интерфейсом между измеряемым параметром и человеческим глазом, считывающим результирующее значение, был тонкое электромеханическое устройство: гальванометр. Именно качество гальванометра отличало более или менее точный, удобный и приятный в использовании прибор.
В статье ниже описывается технология, используемая Hewlett Packard для собственного производства большинства типов гальванометров, которые использовались при производстве аналоговых счетчиков.
Счетчик, регулирует осевое положение подвижной катушки. |
Вместо осей и драгоценных камней подвижная катушка в измерителе с натянутой лентой |
Платиновый поворот для счетчиков HP
Реконструкция статьи, опубликованной в журнале MEASURE Magazine, март 1964 г.
Изюминка заключается в том, что она исполняется крошечной платиновой лентой в самом сердце недавно представленного НР измерителя тугой ленты.
Создание более совершенных компонентов, более совершенных конструкций и более совершенных методов обеспечения качества — это постоянная и основополагающая философия HP, и поворот HP является ответвлением этих усилий, особенно связанных с измерителями, используемыми во многих приборах HP.
История расходомера с натянутой лентой началась несколько лет назад, когда компания впервые разработала автоматическую систему для калибровки и фотографической печати лицевой стороны расходомера в соответствии с характеристиками каждого отдельного расходомера. Необходимость была очевидна. Наличие стандартной шкалы для всех счетчиков означает, что можно ожидать, что каждый отдельный счетчик будет иметь небольшую погрешность в «чтении». Это связано с тем, что каждый счетчик, независимо от того, насколько точно он построен, по-разному реагирует на электрический ток. Признавая наличие вариаций и печатая индивидуально откалиброванные шкалы для каждой лицевой стороны метра, постоянно достигается крайняя точность лучше, чем половина одного процента.
После всей этой работы проблема, казалось бы, отпала. Но, следуя философии HP, поиски улучшений продолжались, и появился твист HP, более известный как подвеска с тугой лентой. Принцип натянутой ленты известен давно. Гальванометр, например, представляет собой систему натянутых лент с подвижными катушками, подвешенными вертикально на проволоке или ленте, которая обеспечивает восстанавливающий крутящий момент.
Но только после недавних усилий немецкого производителя — Siemens и Halske — тугая лента короткой длины и горизонтальная подвеска (необходимые элементы) стали практической реальностью. Было получено лицензионное соглашение с этой компанией, и вот уже более года подразделение Лавленда производит все критические детали, необходимые для расходомеров с натянутой лентой. Эта работа находится под руководством Джона Ларка, менеджера отдела производства счетчиков.
В обычном счетчике стрелка прикреплена к катушке, которая, в свою очередь, подвешена на шарнире и механизме с драгоценными камнями, подобно балансиру часов. Небрежное обращение может привести к износу и даже растрескиванию драгоценного камня. Однако, что еще хуже, на воспроизводимость показаний влияет трение шарнирно-жемчужного механизма. То есть указатель не всегда возвращается к одной и той же начальной точке при уменьшении тока. Натянутая ленточная подвеска не имеет шарниров. Когда катушка счетчика вращается под действием тока, она «закручивает» платиновую ленту.
По мере уменьшения тока полоса возвращается в исходное плоское положение, таким образом, катушка и стрелка возвращаются к нулю на шкале. Платиновая лента удерживается в натянутом состоянии с помощью анкерных пружин, прикрепленных к концам ленты напротив катушки. Как гласит старая поговорка, для танго или поворота нужны двое, и это означает только то, что комбинация весов с фотографической калибровкой и натянутой ленточной подвеской обеспечивает измерители HP с чрезвычайной точностью и прочностью в тяжелых условиях. Результат: более точные и надежные измерения для клиентов Hewlett-Packard.
| Внизу слева: В непыльном рабочем месте Барбара Нидлс устанавливает весы, которые были индивидуально откалиброваны в соответствии с движениями измерителя. Внизу справа: техник-измеритель Гарольд Уайт использует увеличительное стекло во время окончательной электрической проверки блока. Из журнала MEASURE, март 1964 г. Предоставлено компанией Hewlett Packard |
HP 403A |
Вольтметр переменного тока HP 403A,
Второй прибор HP на транзисторах
Непосредственно перед описанной выше технологией измерителя натянутого диапазона вольтметр переменного тока 403A был вторым транзисторным прибором, произведенным HP сразу после блока питания 721A.
Вольтметр переменного тока 403A весом менее 5 фунтов и питанием от батареи можно считать первым портативным прибором HP, еще одним преимуществом транзисторной технологии. Разработанный в самые последние месяцы 1950-х он будет представлен в каталоге 1960 года, стр. 59.
От 1 Гц до 1 МГц диапазон измерения идет от 1 милливольта до 300 вольт полной шкалы (12 диапазонов) в последовательности 1, 3, 10.
Точность в пределах ±3 % полной шкалы от 5 Гц до 500 кГц. Номинальное входное сопротивление 2 МОм. Срок службы батареи составляет 400 часов. Более 6 месяцев нормального использования.
HP 3400A |
HP 3400A
Представленный в общем каталоге 1963 года, HP 3400A представляет собой действующий вольтметр с высоким коэффициентом амплитуды. Этот рейтинг является мерой способности вольтметра считывать среднеквадратичное значение сигналов с высоким отношением пикового значения к среднеквадратичному, таких как последовательности импульсов с низкой скважностью, электрические или акустические шумы и напряжения неопределенной формы сигнала.
Диапазон напряжений модели 3400A простирается от 100 микровольт до 300 вольт, а диапазон частот — от 10 Гц до 10 МГц. Его коэффициент амплитуды составляет 10:1, что позволяет ему считывать в полной шкале среднеквадратичное значение последовательности импульсов, которые имеют коэффициент заполнения всего 1%. При 1/10 полной шкалы он будет считывать последовательности импульсов с рабочим циклом всего 0,01%.
Блок-схема вольтметра 3400A показана ниже. Датчик представляет собой термочувствительный элемент, называемый термопарой. Мостовой схеме самобалансирующейся термопары предшествуют аттенюаторы и усилители. Мост термопары устанавливает эквивалентность между среднеквадратичным значением входного сигнала и напряжением обратной связи постоянного тока следующим образом. Две согласованные термопары соединяются с вычитанием выходных напряжений. Мощность, подаваемая на нагреватель термопары сигнального входа, генерирует сигнал дисбаланса постоянного тока на выходах термопары, который усиливается и подается на нагреватель термопары обратной связи.
Увеличенный выход постоянного тока этой термопары уменьшает сигнал дисбаланса.
Поскольку коэффициент усиления усилителя постоянного тока высок, сигнал дисбаланса все время остается очень близким к нулю (<25 мкВ). Таким образом, постоянное напряжение, подаваемое на термопару обратной связи, пропорционально среднеквадратичному значению напряжения, подаваемого на входную термопару. Панельный измеритель контролирует напряжение постоянного тока обратной связи, чтобы обеспечить индикацию среднеквадратичного значения входного напряжения.
Любые изменения параметров, общие для обеих термопар, не влияют на точность из-за высокого коэффициента усиления контура и мостовой конфигурации. Поскольку термопары подвержены одной и той же тепловой истории, вольтметр точно считывает новое напряжение, даже когда термопары настраиваются на новый тепловой уровень. Для этого вольтметра характерна относительно быстрая реакция (<2 сек).
Усилитель постоянного тока представляет собой прерыватель с высоким коэффициентом усиления, в котором используются модулятор фотопроводника и демодулятор.
Обратная связь по переменному току вокруг усилителя снижает чувствительность к изменениям компонентов в модуляторе, демодуляторе и усилителе с прерывателем.
Сдвоенные эмиттерные повторители обеспечивают питание с низким сопротивлением цепи счетчика и нагревателя термопары обратной связи, в дополнение к питанию постоянного тока на выходе на задней панели через резистор 1 кОм. Резистор определяет выходной импеданс, а также изолирует выход, так что точность измерителя не зависит от выходной нагрузки. Выходная амплитуда, соответствующая отклонению счетчика на полную шкалу, составляет 1 вольт при разомкнутой цепи или 1 мА при коротком замыкании.
| Блок-схема вольтметра HP Model 3400 A RMS. Из журнала Hewlett Packard Journal, январь 1964 г. Предоставлено компанией Hewlett Packard Company |
HP 3406A |
Широкополосный вольтметр HP 3406A,
Широкополосный вольтметр 3406A был представлен в 1965 и был описан в длинной статье, опубликованной в июльском номере журнала Hewlett Packard Journal за 1966 год.
Модель 3406A работает по принципу некогерентной (случайной) выборки, что обеспечивает возможность использования выходных данных для анализа сигналов. Выход схемы дискретизации расположен на задней панели, что дает прибору необычные возможности для анализа широкополосных сигналов.
Указанный частотный диапазон вольтметра составляет от 10 кГц до 1 ГГц, а частотная характеристика типичного промышленного прибора плоская в пределах одного процента в этом диапазоне. Полезная чувствительность простирается от 1 кГц до 2 ГГц и более. Измерения напряжения имеют точность в пределах ±3% от полной шкалы от 100 кГц до 100 МГц, ±5% от 10 кГц до 700 МГц и ±8% до 1 ГГц.
Вольтметр выборки реагирует на абсолютные средние значения неизвестных напряжений и откалиброван для считывания как среднеквадратичного значения синусоидального сигнала, так и дБм в системах с сопротивлением 50 Ом. Он имеет восемь диапазонов напряжения от 1 мВ полной шкалы до 3 В полной шкалы, а его чувствительность достаточно высока для измерения напряжения до 50 мкВ.
Шкалы напряжения являются линейными, а разрешение составляет 20 мкВ в диапазоне 1 мВ.
| Частотная характеристика типичного промышленного выборочного вольтметра неизменна в пределах ±1% от 10 кГц до 1 ГГц. Полезная чувствительность простирается от 1 кГц до более 2 ГГц. Из журнала Hewlett Packard Journal, июль 1966 г. Предоставлено компанией Hewlett Packard Company |
HP 400F |
HP 400F и 400FL
Модель 400F, использующая преимущества технологии натяжения ленты для гальванометра, является развитием модели HP 403A, описанной выше.
HP 400F был представлен в каталоге 1966 года как полупроводниковый вольтметр переменного тока для измерения переменного напряжения от 100 микровольт до 300 вольт (среднеквадратичное значение) по всей шкале. Основным улучшением 403A было расширение полосы пропускания, охватывающее диапазон частот от 20 Гц до 4 МГц на моделях 400F и 400FL.
Общая погрешность HP 400F составляет 1/2 % от показаний его 4,5-дюймового измерителя натяжения с зеркальной задней стенкой. Шкала измерителя калибруется индивидуально на 100 делений для обеспечения более высокого Шкала в децибелах находится вверху для большего разрешения при измерениях, где предпочтительнее считывание в децибелах.0005
HP 400FL обладает всеми характеристиками, указанными для 400F, с точностью считывания 1% по линейной логарифмической шкале 12 дБ. Движение его метра отвечает логарифмическим отклонениям.
HP 427A |
Аналоговый мультиметр HP 427A
Представленный в общем каталоге 1966 года, HP 427A представляет собой полностью портативный прибор лабораторного класса, пригодный для использования в диапазоне частот от 1 Гц до 4 мегагерц в режиме переменного тока при уровнях до 1 милливольта. Это также чувствительный вольтметр постоянного тока и омметр.
ВСЕГДА ПОЛЕЗНЫЙ ПОРТАТИВНЫЙ ВОЛЬТОММЕТР, как он был описан в журнале HP за май 1966 года, находит широкое применение прежде всего потому, что это портативный прибор, не требующий внешнего питания. Не обремененный сетевым шнуром, он легко перемещается с места на место и может легко работать там, где отсутствует сетевое питание переменного тока. Отсутствие сетевого шнура имеет еще одно преимущество, заключающееся в том, что таким образом устраняется общий источник контуров заземления.
Схемы вольтметра рассчитаны на малое потребление тока, общая максимальная рассеиваемая мощность составляет всего 400 мВт. Таким образом, одна батарея на 22,5 В обеспечивает более 300 часов непрерывной работы или до 700 часов прерывистой работы (последовательный регулятор позволяет прибору работать с номинальной точностью при напряжении батареи до 15 вольт).
В режиме напряжения постоянного тока диапазоны измерения составляют от ±100 мВ до ±1000 В по полной шкале в последовательности 1, 3, 10 и 9 диапазонах.
В режиме переменного напряжения диапазоны измерения составляют от 10 мВ до 300 В среднеквадратичного значения полной шкалы в последовательности 1, 3, 10 и 10 диапазонах.
В омическом режиме диапазоны измерения составляют от 10 Ом до 10 МОм по центральной шкале в 7 диапазонах.
HP 414A |
Вольтметр HP 414A,
с автоматическим выбором диапазона
HP 414A был представлен в каталоге 1965 г. цифровой инструмент с экономией аналогового инструмента.
Автоматический вольтомметр выбирает правильный диапазон измерения менее чем за 300 миллисекунд после контакта с измеряемой цепью или компонентом. Подсвеченный дисплей над измерителем показывает автоматически выбранный диапазон, единицы измерения и, в случае напряжения, полярность входа.
Удобство автоматического выбора диапазона по принципу «прикоснись и прочитай» ускоряет измерения на производственных линиях, при устранении неполадок, при сборе данных или в любой процедуре тестирования, которая включает в себя потенциалы с широким диапазоном величин и различной полярностью.
Напряжения постоянного тока можно измерять с чувствительностью в диапазоне от 5 мВ до 1500 вольт полной шкалы. Чувствительность измерения сопротивления находится в диапазоне от 5 Ом до 1,5 МОм полной шкалы.
Несмотря на то, что сегодня он не очень полезен и не представляет большой интерес для коллекционеров, основной интерес этого «автовольтметра» HP 414A в том виде, в каком он был представлен в 1965, рассказывается в статье, опубликованной в журнале MEASURE Magazine в сентябре 1965 года.
Статья под названием «Продукт выходит на рынок» представляет собой очень интересное описание пошагового процесса маркетинга, сопровождаемого продуктом от его дизайна до его представление на выставке электроники Wescon 1965 года.
| |
Обложка журнала MEASURE — сентябрь 1965 г. |
Журнал MEASURE Сентябрь 1965 г.
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть четырехстраничную статью «Продукт выходит на рынок» в формате PDF, опубликованную в сентябрьском номере журнала MEASURE за 1965 г.
«Продукт выходит на рынок» — файл PDF (3,3 Мб)
HP 419A
Вольтметр нуля постоянного тока HP 419A,
Вольтметр постоянного тока модели 419A был представлен в каталоге 1965 года как плавающий высокочувствительный измеритель нуля постоянного тока, который может измерять напряжение ниже 1 микровольта и обеспечивать практически бесконечное входное сопротивление.
Проблемы, вызванные шумом, дрейфом и наложением переменного тока, были тщательно учтены при разработке высокочувствительного нулевого вольтметра постоянного тока.
Нулевой вольтметр постоянного тока модели 419A имеет 18 диапазонов измерения от конечного значения шкалы 3 мкВ до конечного значения шкалы 1000 В. Вольтметр работает от сети переменного тока или от перезаряжаемых внутренних батарей.
Использование HP 419A в качестве чувствительного нулевого детектора во время сравнения стандартных ячеек является еще одним распространенным применением в лаборатории стандартной калибровки.
Прибор постоянно используется в лаборатории первичных эталонов HP в Лавленде, штат Колорадо. Показанная ниже установка использовалась для калибровки наборов универсальных коэффициентов, вольтовых ящиков и делителей напряжения Кельвина-Варли. Он был описан в апрельском номере журнала Hewlett Packard Journal за 1966 год.
| Типовой низкий уровень шума и высокая стабильность нулевого вольтметра постоянного тока HP модели 419A в диапазоне 3 мкВ. |
| Нулевой вольтметр постоянного тока 419A является частью лабораторной установки HP по стандартизации для калибровки универсальных наборов коэффициентов, вольтовых ящиков, и делителей напряжения Кельвина-Варли. Прецизионный делитель состоит из стандартных резисторов HP, описанных ниже. Из журнала Hewlett Packard Journal, апрель 1966 г. Предоставлено компанией Hewlett Packard Company |
Продолжение со стандартами AC-DC, разработанными HP в 1960-х годах.
. .
| Комната постоянного тока в лаборатории стандартов HP в Пало-Альто в 1969 году. Температура в ней регулировалась в пределах ±0,003°C. Предоставлено компанией Hewlett Packard |
Назад к GeneralElectronic Selector
Можно ли доверять своему вольтметру?
» Перейти к разделу «Дополнительно»
Иногда я задаюсь вопросом, какому из моих портативных цифровых вольтметров я могу доверять — B&K, Fluke или Amprobe. Обычно они довольно близко, но меня беспокоит то, что я не знаю, находятся ли они прямо на носу.
Конечно, я просто придираюсь, потому что мне редко требуется точность больше трех или четырех цифр, но знать ответ было бы неплохо. К счастью, в наши дни существует ряд очень точных схем опорного напряжения, которые можно построить или купить за несколько долларов. Готовая к использованию установка фирмы Agilent показана на рис.
9.0508 Рисунок 1 .
РИСУНОК 1. Этот модуль эталонного напряжения стоимостью 20 долларов США переключается между 2,500, 5,000, 7,500 и 10,00 вольт и имеет встроенную аккумуляторную батарею USB.
Он выдает 2,500, 5,000, 7,500 и 10,00 вольт и стоит менее 20 долларов на eBay. Фактические точно измеренные напряжения записываются на боковой этикетке с точностью до шести цифр. Его сердцевиной является микросхема опорного напряжения Analog Devices AD584 с лазерной подстройкой.
СОЗДАЙ САМ
Или… вы можете создать свой собственный справочник из деталей, которые лежат в вашем мусорном ящике. На рисунках 2 и 3 показана простая макетная плата, которую я сделал примерно за час, и схема. Единственным компонентом, которого у меня не было под рукой, был AD584.
РИСУНОК 2. В моей макетной плате DIY используется DIP AD584 с лазерной обрезкой; Выход 2,500 В с точностью до 1 мВ.
РИСУНОК 3. Схема макетной платы DIY может использовать две версии AD584, в зависимости от желаемой точности.
Существует два класса AD584 для любителей — J и K — которые определяют точность выходных сигналов. J составляет +30 мВ, а K составляет +10 мВ для их выходов 10,00 вольт. Микросхема на макетной плате — это версия K, и в спецификации указана максимальная ошибка +3,5 мВ для выходного напряжения 2500 вольт. Вы можете видеть, что погрешность измерения намного меньше — всего +1,0 мВ. Это одна часть из 2500. Достаточно для большинства измерений!
Ради интереса я откопал свою старую модель 630NA Triplett VOM с ее крутой зеркальной шкалой с защитой от параллакса, чтобы посмотреть, что она покажет. Я увеличил изображение в 9 раз.0508 Рисунок 4 и оценил показание в 2,488 вольт.
РИСУНОК 4. Моя винтажная модель 630 Triplett VOM имеет точность в пределах 1/2% после десятилетий интенсивного использования.
В инструкции к измерителю указано, что точность составляет +1-1/2% от полной шкалы. Итог: Мой Triplett был точен с точностью до 1/2% в диапазоне трех вольт. Не слишком потрепанный для метра как холмы!
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Я не буду обсуждать влияние температуры на какие-либо эталоны напряжения, которые я рассмотрю позже в этой статье, потому что это уже совсем другая тема. Кроме того, он широко освещался в научных исследованиях. Температура является критически важным параметром для многих типов эталонов, но для любительских ИС ее влияние весьма незначительно.
Например, выходное напряжение 5000 вольт AD584 колеблется всего около +1,25 мВ во всем промышленном диапазоне от 0°C (32°F) до 70°C (158°F). Если вам интересно, я провел температурные тесты на AD584, и результаты представлены в виде графика (Рисунок A ) на боковой панели.
Рисунок A. Температурный график выходного сигнала AD584 IC 5.
000V показывает изменение всего 2,5 мВ от 0°C до 70°C.
ЧЕРНЫЕ ЯЩИКИ
Эталоны напряжения (или эталоны) в прошлом не были такими маленькими и недорогими, как нынешние ИС. Они поставлялись в блестящих черных корпусах из бакелита, которые стоили 40 долларов в 1963 доллара. По прихоти я купил совершенно новый (на самом деле 39-летней давности) производства Eppley Laboratory на eBay за 50 долларов. Это настоящая красота. См. Рисунок 5 для сравнения размеров с современным DIP AD584.
РИСУНОК 5. Стандартная ячейка Weston производства Eppley была основным мировым эталоном напряжения более 70 лет.
В течение почти 80 лет (с 1911 по 1990 год) эти блестящие черные корпуса, называемые ячейками Вестона, безраздельно господствовали в качестве первичных и вторичных стандартов напряжения в мире. Внутри корпуса находился простой стеклянный флакон, наполненный кучей высокочистых химикатов. На рис. 6 показан один из H-образных флаконов с химическими веществами на дне каждой ножки, наполненный жидкостью чуть выше середины.
РИСУНОК 6. Внутри стандартной ячейки находился стеклянный флакон, наполненный химическими веществами, которые генерируют точное и стабильное напряжение.
Химические вещества включали сульфаты ртути и кадмия, амальгаму кадмия и ртути и электрод из блестящей металлической ртути в нижней части правой ноги. Для вывода напряжения использовались платиновые провода. Напряжение создавалось взаимодействием этих химических веществ и составляло немногим более одного вольта; 1,0193 +0,0002 вольта, если быть точным.
Калибровочные лаборатории компаний по всему миру использовали эти ячейки для калибровки своих вольтметров, чтобы характеристики производимых ими электрических компонентов и оборудования были сопоставимы для всех пользователей. Ячейки могли подавать только несколько микроампер (никогда не более 100 мкА) при использовании. Как правило, лабораторный потенциометр, который использовал нулевой ток от ячейки при балансировке, использовался для создания других точных более высоких напряжений для калибровки обычных вольтметров.
В инструкции по эксплуатации ячейки было интересное предостережение: «Если ячейка закорочена на 30 минут, подождите пять недель, пока она не восстановится до 75 мкВ». Урок: не замыкайте их, иначе ждать придется долго.
ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТЬ ДО НАЦИОНАЛЬНОГО БЮРО СТАНДАРТОВ (NBS)
Хотя ячейки Weston были очень стабильны, их все же необходимо было периодически проверять на соответствие национальным сверхточным первичным эталонным ячейкам, расположенным в Национальном бюро стандартов (NBS) в Вашингтоне, округ Колумбия. . Калибровочные лаборатории и производители элементов периодически отправляли свои элементы в Вашингтон, и NBS выдавало сертификат с указанием их точных измеренных напряжений с точностью до одного микровольта. Наиболее устойчивые типы ячеек, называемые «насыщенными», были настолько хрупкими, что их нельзя было наклонить более чем на 45 градусов, и их приходилось переносить вручную на всем пути к NBS и обратно.
Производители ячеек (например, Eppley) также будут поддерживать сверхточные эталонные стандарты насыщения на своих предприятиях, поэтому отдельные продаваемые ими вторичные ячейки можно будет проследить до NBS.
На рис. 7 показан слегка помятый сертификат, прилагаемый к моей стандартной ячейке Eppley с серийным номером 864673, сертифицированный до шести цифр. Моя вторичная ячейка относится к «ненасыщенному» типу, она не чувствительна к чаевым и может быть отправлена обычной почтой.
РИСУНОК 7. Вместе с каждой ячейкой производитель предоставил калибровочный сертификат, действительный в течение одного года.
НИЧЕГО НЕ ПРОСТО
Просто иметь опрятную камеру было недостаточно. Теперь мне нужен был «хороший» цифровой вольтметр для измерения, а не мой четырехразрядный Fluke. Я хотел точно знать, какое было напряжение, по крайней мере, с точностью до шести цифр или больше. Итак, я проверил цену отремонтированного 7-1/2-разрядного HP: 2550 долларов. Глоток! А как насчет eBay? Как насчет винтажного 6-1/2-разрядного HP3456A за 9 долларов?9? Бинго! Проверьте это в Рисунок 8 .
РИСУНОК 8.
Через 39 лет напряжение, создаваемое этой ячейкой, упало всего на 0,115 мВ.
Когда он прибыл, загорелись все цифры. Однако нажатие кнопки «Тест» вызвало ошибку «-4.0000», что вызвало у меня подозрения. Итак, я замкнул входные клеммы, и он отображал всевозможные случайные цифры, а не 0,000000, которые я ожидал.
После нескольких дней разборки, измерения различных напряжений и поиска людей с такой же проблемой я нашел ответ. Нехорошо! Старые вольтметры HP3456A (как и мой) имели конструктивный недостаток. Три ПЗУ на плате № А4, как правило, теряли свою память через несколько лет. Я сказал несколько слов, которые не могу повторить.
После дополнительных исследований я нашел нескольких предприимчивых экспериментаторов, которые выяснили, как заменить плохие ПЗУ более современными СППЗУ, такими как 2716 или 2732. Это звучало как забавная задача, пока я не понял, сколько часов потребуется, чтобы вытащить микросхемы, изменить адресные контакты, загрузить файлы и записать новые EPROM.
Даже в этом случае он может не работать, и его все равно нужно будет откалибровать.
Итак… Я сдался и купил еще один HP3456A в обычном магазине тестового оборудования за втрое больше денег, и они откалибровали его до исходных характеристик. Когда он прибыл, я проверил, были ли заменены ПЗУ. Большой сюрприз! Плата № A4 была полностью переработана компанией HP. Нет больше трех ПЗУ, только один большой. Надеюсь, он не умрет, как другие. На рисунках B и C на боковой панели показаны фотографии измененного дизайна платы HP.
Компания HP изменила конструкцию своего вольтметра HP3456A, заменив три неисправных ПЗУ одной микросхемой памяти большего размера.
РИСУНОК B. Старый HP3456A (серийный номер 18467) с тремя недействующими ПЗУ.
РИСУНОК C. Новый HP3456A (серийный номер 19178) с измененной платой и одним ПЗУ.
Последняя глава этой истории лучше, чем начало. Парень, который продал мне оригинальное нерабочее устройство, изящно вернул мои 9 долларов.
9 и сказал мне оставить его в качестве дверного упора. В общем, получилось к лучшему.
СЕРЬЕЗНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Сертификат Рисунок 7 для 39-летней чернокожей красавицы составлял 1,01928 вольт. Однако было известно, что некоторые элементы Weston с годами теряют небольшое количество напряжения; около 30 мкВ/год: -30 мкВ x 39 лет = -1560 мкВ (1,56 мВ). Немного!
С моим недавно приобретенным и откалиброванным HP3456A в руках Рисунок 8 показал фактические потери, и они были намного меньше: 1,019280 В — 1,019165 В = 115 мкВ, т. е. потеря 0,115 мВ за 39 лет. Удивительно! Возможно, меньшие потери были из-за совершенно нового состояния ячейки и доброкачественного хранения на складе все это время. Кто знает?
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Тем временем время шло, и появились новые технологии, бросившие вызов ячейке Weston. В данном случае переход Джозефсона оказался в 1000 раз более точным и стабильным.
В 1962 году аспирант Кембриджского университета по имени Брайан Джозефсон вывел серию уравнений, которые постулировали, что два сверхпроводящих электрода, разделенных тонким слоем изоляции, создают особый переход, теперь известный как переход Джозефсона.
Если на электроды подается микроволновый сигнал переменного тока, пары куперовских электронов туннелируют через изолятор и создают на электродах постоянное напряжение крошечного уровня в милливольтах. Значение заключалось в том, что значение крошечного напряжения постоянного тока можно было привязать к частоте микроволнового сигнала. Другими словами, точная частота каждый раз будет давать точное напряжение.
Несколько милливольт не были очень полезным источником для калибровки, поэтому разработчики изготовили структуру типа интегральной схемы, которая имела массив из тысяч крошечных переходов, соединенных последовательно, и все они складывались. Потребовалось 20 208 крошечных соединений, чтобы произвести один вольт, и почти 300 000, чтобы получить 10 вольт. На рис. 9 показано микроскопическое изображение ранней одновольтовой версии. Если присмотреться, то можно увидеть змеевидный массив переходов, хотя весь чип был всего около 3/4 дюйма в ширину.
РИСУНОК 9.
Это сильно увеличенное изображение массива сверхпроводящих контактов Джозефсона имеет 20 208 крошечных контактов, которые генерируют 1 000 000 вольт. Фото предоставлено NIST.
На рис. 10 показана типичная сложная лабораторная установка, использующая несколько цилиндрических дьюаров с жидким гелием (произносится «до’-эр») для охлаждения интегрированных массивов до четырех градусов выше абсолютного нуля и подачи микроволновой мощности на переходы.
РИСУНОК 10. Стандартная установка первичного напряжения использует резервуар с жидким гелием для охлаждения массива джозефсоновских контактов внутри него до 40K. Фото предоставлено NIST.
Рисунок 11 представляет собой очень упрощенную схему расположения соединений, показывающую поток точного микроволнового сигнала.
РИСУНОК 11. Значение постоянного тока на выходе этой упрощенной диаграммы решетки привязано к частоте входной мощности микроволн.
Типичные частоты составляют около 75 ГГц. Также для простоты не показаны провода смещения тока, определяющие рабочую точку массива и полярность выходов постоянного тока.
В настоящее время 10-вольтовые системы стандарта напряжения Джозефсона (JVS) расположены более чем в 70 объектах по всему миру, при этом в настоящее время разрабатываются новые, более компактные и программируемые системы. Однако все это развитие произошло не в одночасье. Потребовалось несколько десятилетий, прежде чем первая практическая система была готова к повседневному использованию — кроме как в лабораторных условиях, управляемых физиками с докторской степенью.
Если вы хотите узнать еще больше о джозефсоновских соединениях, в Интернете есть немало научных статей. Проверьте также Википедию.
Кстати, если у вас есть лишние деньги, вы можете купить готовый 10-вольтовый программируемый прибор Джозефсона в NIST (Национальный институт стандартов и технологий) по выгодной цене 220 600 долларов.
Или… вы можете построить его в своем подвале.
ЯВЛЯЮТСЯ ЛИ МОИ СЧЕТЧИКИ ТОЧНЫМИ ИЛИ НЕТ?
Наконец, я проверил все вольтметры в моей мастерской по урезанному эталону ИС на 5,00000 В, как показано на рисунке 9.0508 Рисунок 12 .
РИСУНОК 12. Мой цифровой мультиметр Fluke находится прямо на носу по сравнению с прецизионным источником напряжения.
Это было несколько разочаровывающе, потому что ВСЕ счетчики были прямо на носу, включая некоторые аналоговые панельные измерители. Так что теперь у меня нет сомнений в точности любых измерений напряжения постоянного тока, которые я буду проводить в будущем.
Вы можете задаться вопросом, зачем периодически калибровать счетчики, если они всегда кажутся точными. Ответ прост. В молодости я некоторое время работал в калибровочной лаборатории крупной аэрокосмической компании и задал куратору тот же вопрос. Он сказал: «Вы можете думать, что они в порядке, но они могли быть отброшены или уничтожены на [производственной] линии.
Никогда не узнаешь, пока не проверишь их».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хотя иметь в подвале собственный высокоточный прибор Джозефсона мирового класса может быть забавно, ежемесячная доставка жидкого гелия может удивить соседей.
Вместо этого вы можете легко построить или купить превосходный эталон напряжения на ИС и не беспокоиться о точности ваших измерителей. По крайней мере, вы будете точно знать, какому измерителю можно доверять. NV
Перечень деталей эталонов напряжения
| ПУНКТ | ОПИСАНИЕ | ПОСТАВЩИК |
|---|---|---|
| С1, С2 | Конденсатор, 0,1 мкФ, 50 В | Цифровой ключ, P4525-ND |
| Д1 | Диод, 1N914 | Цифровой ключ, 1N914BCT-ND |
| Светодиод | Светодиод, красный | Мусорный ящик |
| Р1 | Резистор, 20 кОм | Цифровой ключ, 20KQBK-ND |
| У1 | Регулятор, 15 В, 100 мА, 78L15 | Цифровой ключ, MC78L15ACPFS-ND |
| У2 | Источник опорного напряжения, AD584K | Цифровой ключ, AD584KNZ-ND |
| SW1 | Переключатель, ползунковый, SPDT | Цифровой ключ, EG1903-N |
| ТП1-4 | Стержень для переплета, пара, красный и черный | Jameco 77691 (три пары) |
| Макет | Макетная плата без пайки | Джамеко 2155452 |
| Аккумулятор (2) | 9В щелочной | Уолмарт |
| Держатель (2) | Держатель батареи, 9 В | Цифровой ключ, BH9VW-ND |
Что такое электронный вольтметр? (с картинками)
`;
Алексис В.
Электрический вольтметр — это электрическое устройство, используемое для измерения напряжения или тока, протекающего между двумя точками или контактами в электрической цепи. Вольтметры производятся в нескольких различных форматах, каждый из которых используется для различных приложений. Электронные вольтметры могут быть как аналоговыми, так и цифровыми. Они предназначены для прямого контакта с электричеством и энергией в цепи, чтобы измерить емкость, сопротивление, допуск, напряжение и электрический потенциал этой цепи.
Некоторые вольтметры создаются как постоянные приспособления внутри цепей и размещаются на печатных платах, где они используются для определения постоянного тока, протекающего между двумя точками в цепи.
Портативные вольтметры, с другой стороны, содержатся в небольших, обычно ручных устройствах, которые используют две внешние точки контакта. Эти контактные точки могут быть размещены на двух разных контактах цепи для отображения напряжения или электрического потенциала этой цепи.
Электронный вольтметр может проверять электрический потенциал постоянного и переменного тока. Электронный вольтметр также способен вычислять оба тока для измерения напряжения в цепи. Из-за того, что электронный вольтметр может измерять различные аспекты цепи и может делать это независимо от того, какое питание подается на цепь, такие вольтметры также считаются мультиметрами.
Вольтметр может выполнять измерения только тогда, когда цепь замкнута, а это означает, что через цепь должна проходить мощность, чтобы метр мог считать потенциал напряжения цепи.
Другие виды использования и приложения, связанные с электронным вольтметром, включают тестирование цепей. Тесты проверяют наличие напряжения или мощности до того, как инженер-электрик или электрик начнет работать со схемой. Электронный вольтметр также можно использовать, чтобы предоставить студентам в электрической лаборатории наглядные примеры того, где могут храниться напряжения и энергия, которые могут быть опасными.
Однако цифровые и аналоговые методы не являются единственными методами использования электронного вольтметра. Существуют электростатические вольтметры, которые могут измерять электрический потенциал цепи без физического контакта провода с самой цепью. Например, осциллограф — это вольтметр, который считается гораздо более совершенным, чем обычный вольтметр, поскольку он способен отслеживать, сколько раз ток меняет свое направление или направление в цепи переменного тока. Типичный вольтметр не может проводить измерения так быстро.
Наиболее часто покупаемые и используемые вольтметры называются электромагнитными вольтметрами.
