Аналоговые электромеханические вольтметры

• Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собой измерительные механизмысоответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.
• Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.
• Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.

Аналоговые электронные вольтметры общего назначения

Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель (постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.

Цифровые электронные вольтметры общего назначения

Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразова­нии измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.

Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока

Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.

В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.

Импульсные вольтметры

Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.

Фазочувствительные вольтметры

Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.

Селективные вольтметры

Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять как измерительный приёмник.

Наименования и обозначения

Видовые наименования

• Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)
• Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)
• Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)
• Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)
• Векторметр — фазочувствительный вольтметр

Обозначения

Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия◦

• Дxx — электродинамические вольтметры
• Мxx — магнитоэлектрические вольтметры
• Сxx — электростатические вольтметры
• Тxx — термоэлектрические вольтметры
• Фxx, Щxx — электронные вольтметры
• Цxx — вольтметры выпрямительного типа
• Эxx — электромагнитные вольтметры

Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094

• В2-xx — вольтметры постоянного тока
• В3-xx — вольтметры переменного тока
• В4-xx — вольтметры импульсного тока
• В5-xx — вольтметры фазочувствительные
• В6-xx — вольтметры селективные
• В7-xx — вольтметры универсальные

Если для обычного человека восприятие информации происходит при чтении слов и букв, то для слесарей и монтажников их заменяют буквенные, цифровые или графические обозначения. Сложность в том, что пока электрик закончит обучение, устроится на работу, научится чему-то на практике, как появляются новые СНиПы и ГОСТы, согласно которым вносятся коррективы. Поэтому не стоит пытаться выучить всю документацию и сразу же. Достаточно почерпнуть базовые познания, а по ходу трудовых будней добавлять актуальные данные.

Введение

Для конструкторов цепей, слесарей КИПиА, электромонтеров, умение прочитать электросхему – ключевое качество и показатель квалификации. Без специальных знаний сходу разобраться в тонкостях проектирования приборов, цепей и способах соединения электроузлов невозможно.

Условные обозначения можно считать особым криптографическим кодом, поясняющим работу и принцип действия конкретной схемы. В Японии, США и Европе значки существенно отличаются от отечественной маркировки, что необходимо учитывать.

Виды и типы электрических схем

Перед тем, как начать изучать существующие обозначения электрооборудования и его соединения, необходимо разобраться с типологией схем. На территории нашей страны введена стандартизация по ГОСТ 2.701-2008 от 1.07.2009 года, согласно «ЕСКД. Схемы. Типы и виды. Общие требования».

1. Объединенные.
2. Расположенные.
3. Общие.
4. Подключения.
5. Монтажные соединений.
6. Полные принципиальные.
7. Функциональные.
8. Структурные.

Среди существующих 10 видов, указанных в данном документе, выделяют:

1. Комбинированные.
2. Деления.
3. Энергетические.
4. Оптические.
5. Вакуумные.
6. Кинематические.
7. Газовые.
8. Пневматические.
9. Гидравлические.
10. Электрические.

Для электриков представляет наибольший интерес среди всех вышеперечисленных типов и видов схем, а также самая востребованная и часто используемая в работе – электрическая схема.

Последний ГОСТ, который вышел, дополнен многими новыми обознвачениями, актуальный на сегодня с шифром 2.702-2011 от 1.01.2012 года. Называется документ «ЕСКД. Правила выполнения электрических схем», ссылается на другие ГОСТы, среди которых упомянутый выше.

В тексте норматива изложены четкие требования в подробностях к электросхемам всех видов. Поэтому руководствоваться при монтажных работах с электрическими схемами следует именно данным документом. Определение понятия электрической схемы, согласно ГОСТ 2.702-2011 следующее:

«Под электрической схемой следует понимать документ, содержащий условные обозначения частей изделия и/или отдельных деталей с описанием взаимосвязи между ними, принципов действия от электрической энергии».

После определения в документе содержатся правила реализации на бумаге и в программных средах обозначений контактных соединений, маркировки проводов, буквенных обозначений и графического изображения электрических элементов.

Следует заметить, что чаще в домашней практике используются всего три типа электросхем:

• Монтажные – для прибора изображается печатная плата с расположением элементов при четком указании места, номинала, принципа крепления и подведения к другим деталям. В схемах электропроводки для жилых помещений указывается количество, место расположения, номинал, способ подключения и другие точные указания для монтажа проводов, выключателей, светильников, розеток и т.п.
• Принципиальные – на них указываются подробно связи, контакты и характеристика каждого элемента для сетей или приборов. Различают полные и линейные принципиальные схемы. В первом случае изображается контроль, управление элементами и сама силовая цепь; в линейной схеме ограничиваются только цепью с изображением остальных элементов на отдельных листах.
• Функциональные – здесь без детализации физических габаритов и других параметров указывается основные узлы прибора или цепи. Любая деталь может изображаться в виде блока с буквенным обозначением, дополненного связями с другими элементами устройства.

Графические обозначения в электрических схемах

• 2.755-87 – графические условные обозначения контактных и коммутационных соединений.
• 2.721-74 – графические условные обозначения деталей и узлов общего применения.
• 2.709-89 – графические условные обозначения в электросхемах участков цепей, оборудования, контактных соединений проводов, электроэлементов.

В нормативе с шифром 2.755-87 применяется для схем однолинейных электрощитов, условные графические изображения (УГО) тепловых реле, контакторов, рубильников, автоматических выключателей, иного коммутационного оборудования. Отсутствует обозначение в нормативах дифавтоматов и УЗО.

На страницах ГОСТ 2.702-2011 допускается изображение этих элементов в произвольном порядке, с приведением пояснений, расшифровки УГО и самой схемы дифавтоматов и УЗО.
В ГОСТ 2.721-74 содержатся УГО, применяемые для вторичных электрических цепей.

ВАЖНО: Для обозначения коммутационного оборудования существует:

4 базовых изображения УГО

9 функциональных признаков УГО

ВАЖНО: Обозначения 1 – 3 и 6 – 9 наносятся на неподвижные контакты, 4 и 5 – помещаются на подвижные контакты.

Основные УГО для однолинейных схем электрощитов

• Штырь
• Гнездо

Обозначение измерительных электроприборов для характеристики параметров цепи

ГОСТ 2. 271-74 приняты следующие обозначения в электрощитах для шин и проводов:

Буквенные обозначения в электрических схемах

Нормативы буквенного обозначения элементов на электрических схемах описываются в нормативе ГОСТ 2.710-81 с названием текста «ЕСКД. Буквенно-цифровые обозначения в электрических схемах». Здесь не указывается отметка для дифавтоматов и УЗО, что в п. 2.2.12 этого норматива прописывается, как обозначение многобуквенными кодами. Для основных элементов электрощитов приняты следующие буквенные кодировки:

Изображение электрооборудования на планах

Несмотря на то, что ГОСТ 2. 702-2011 и ГОСТ 2.701-2008 учитывает такой вид электросхемы как «схема расположения» для проектирования сооружений и зданий, при этом нужно руководствоваться нормативами ГОСТ 21.210-2014, в которых указывается «СПДС.

Изображения на планах условных графических проводок и электрооборудования». В документе установлено УГО на планах прокладки электросетей электрооборудования (светильников, выключателей, розеток, электрощитов, трансформаторов), кабельных линий, шинопроводов, шин.

Применение этих условных обозначений используется для составления чертежей электрического освещения, силового электрооборудования, электроснабжения и других планов. Использование данных обозначений применяется также в принципиальных однолинейных схемах электрощитов.

Условные графические изображения электрооборудования, электротехнических устройств и электроприемников

Контуры всех изображаемых устройств, в зависимости от информационной насыщенности и сложности конфигурации, принимаются согласно ГОСТ 2. 302 в масштабе чертежа по фактическим габаритам.

Условные графические обозначения линий проводок и токопроводов

Условные графические изображения шин и шинопроводов

ВАЖНО: Проектное положение шинопровода должно точно совпадать на схеме с местом его крепления.

Условные графические изображения коробок, шкафов, щитов и пультов

Условные графические обозначения выключателей, переключателей

На страницах документации ГОСТ 21.210-2014 для кнопочных выключателей, диммеров (светорегуляторов) отдельно отведенного обозначения не предусмотрено. В некоторых схемах, согласно п. 4.7. нормативного акта используются произвольные обозначения.

Условные графические обозначения штепсельных розеток

Условные графические обозначения светильников и прожекторов

Обновленная версия ГОСТ содержит изображения светильников с лампами люминесцентными и светодиодными.

Условные графические обозначения аппаратов контроля и управления

Заключение

Приведенные графические и буквенные изображения электродеталей и электрических цепей являются не полным списком, поскольку в нормативах содержится много специальных знаков и шифров, которые в быту практически не применяются. Для чтения электрических схем потребуется учитывать много факторов, прежде всего – страну производителя прибора или электрооборудования, проводки и кабелей. Существует разница в маркировке и условном обозначении на схемах, что может изрядно сбить с толку.

Во-вторых, следует внимательно рассматривать такие участки, как пересечение или отсутствие общей сети для расположенных с накладкой проводов. На зарубежных схемах при отсутствии у шины или кабеля общего питания с пересекающими объектами, рисуется полукруговое продолжение в месте соприкосновения. В отечественных схемах это не используется.

Если схема изображается без соблюдения установленных ГОСТами нормативов, то ее называют эскизом. Но для этой категории также есть определенные требования, согласно которым по приведенному эскизу должно составляться примерное понимание будущей электропроводки или конструкции прибора. Рисунки могут использоваться для составления по ним более точных чертежей и схем, с нужными обозначениями, маркировкой и соблюдением масштабов.

Практическое занятие.Условные обозначения на приборе, основные параметры вольтметров.

Практическое занятие.

Условные обозначения на приборе, основные параметры вольтметров.

Итальянский учёный Алессандро Вольт, проведя ряд экспериментов с электричеством, приходит к выводу, что получить электрический ток можно используя соединение металлов с жидкостью. Поместив медные пластины, покрытые цинком, в кислоту, он в 1800 году создаёт первый электрохимический источник энергии, названный позже «вольтов столб».

Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую. При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал (величину энергии), которым он обладает. Разность между начальным потенциалом и конечным получает название «напряжение».

Для измерения количества электричества Вольт использует металлический стержень, вставленный в каучуковую пробку и помещённый в бутылку. На нижний конец, находящийся в бутылке, он надевает соломинки, а на другой — шар. Учёный наблюдает, что при контакте шара с наэлектризованным веществом соломинки отталкиваются. Это позволяет ему судить о степени заряженности материала.

Существование напряжения Вольт доказал проведя следующий опыт. На электроскоп (прибор регистрирующий заряд) был надет медный и цинковый диск. Между ними проложен тонкий слой диэлектрика. На короткое время физик замыкал металлы между собой проволокой. Лепестки на электроскопе немного раздвигались. Далее диски раздвигались на большее расстояние, при этом лепестки регистратора расходились ещё больше.

Фактически это был первый эксперимент, позволяющий измерить, хотя и в грубой форме, напряжение. В 1830 году английский учёный Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, на котором впоследствии создаётся ряд электроизмерительных приборов.

В 1881 году французский физик Арсен Д’Арсонваль создаёт устройство, состоящее из катушки и стрелки, помещённых в постоянное магнитное поле. На катушку подавался электрический ток, в результате чего стрелка отклонялась от начального положения. В этом же году был проведён Международный электротехнический конгресс, на котором были приняты обозначения электрических величин. Прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов, был назван вольтметром, а напряжение стало измеряться в вольтах.

СУТЬ ПРИБОРА

Вольтметр — это устройство, относящееся к классу электроизмерительных приборов, предназначенное для измерения электродвижущей силы (ЭДС) на участке электрической линии. Другими словами, вольтметр показывает разность потенциалов (напряжение) между двумя точками электрической цепи. Подключается он всегда параллельно к источнику тока или нагрузке.

При измерении устройство не должно никоим образом воздействовать на параметры электрической цепи, поэтому идеальным считается прибор, имеющий бесконечно большое внутреннее сопротивление. От этого параметра в первую очередь и зависит точность замеров. В зависимости от формы измеряемого сигнала, вольтметры разделяются на устройства, измеряющие постоянный или переменный т

Перейдем к классам испытательного напряжения: это напряжение, которое может выдержать изоляция данного прибора. Если измеряется в кВ – киловольтах, т.е. тысячах вольт, то значение указывается внутри звездочки.

Рис. Условные обозначения классов испытательного напряжения

Надо обращать внимание на приведенные ниже символы, когда дело касается рода тока или напряжения: постоянные они или переменные. Например, магнитоэлектрическим прибором измеряют постоянные величины. Если этими приборами измерять переменный ток, стрелка начнет дрожать около нулевого показания шкалы. Электромагнитными приборами могут измеряться как постоянные, так и переменные величины. Ферродинамические приборы менее точны, но зато просты и могут использоваться в щитах, расположенных в местах с повышенной тряской и вибрациями. Индукционные приборы применялись во времена СССР как счетчики электрической энергии. Электростатические приборы имеют высочайшие классы точности (0.005) и выпускаются на напряжения в милливольты и киловольты.

Вывод:

Практическое занятие №3.

Основные типы вольтметров и их краткая техническая характеристика.

По принципу измерения вольтметры бывают:

·           Диодно-компенсационные. Принцип их действия основан на сравнении измеряемого сигнала с эталонным, выдаваемым регулируемым источником. Основным элементом конструкции является вакуумный диод. Они используются только для измерения гармоничного (переменного) сигнала, но в широком диапазоне частот. Точность замеров довольно высокая.

·           Импульсные. Измеряют значение амплитуды сигнала периодических и одиночных импульсов с большой скважностью. Структурная схема устройства состоит из преобразователя уровня импульса, усилителя и отсчётного устройства.

·           Фазочувствительные. Характерным признаком такого устройства является наличие двух индикаторов, служащих для регистрации действительной и мнимой составляющих комплексного сигнала. Их используют для исследований амплитудно-фазовых характеристик.

·           Селективные. По своей схемотехнике похожи на супергетеродинные радиоприёмники. Способны выделять гармоники сигнала и измерять их среднеквадратичную величину амплитуды.

·           Универсальные. Многофункциональные приборы, умеющие измерять любой тип сигнала.

Все приведенные приборы применяются в лабораториях и на производствах для наладки работы той или иной техники. В быту же и радиолюбительстве чаще используются вольтметры, умеющие измерять среднеквадратичное напряжение переменного и постоянного тока. Поэтому все типы устройств, принято разделять на два вида: аналоговые и цифровые.

ОБОЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Согласно единой системе конструкторской документации, на принципиальных и электрических схемах вольтметр принято обозначать в виде окружности, в середину которой вписывается латинская буква V. На рисунках и чертежах прибор подписывается русской буквой «В» или английской аббревиатурой PV.

Кроме того, первая цифра, стоящая в названии прибора после буквы «В», выпускаемого в странах бывшего СССР, обозначает тип устройства. Например, «B2» — постоянного тока, «B3» — переменного, «B4» — импульсного, «B7» — универсального.

Для оценки возможностей прибора принято использовать следующие технические характеристики:

Внутренний импеданс источника. Характеризуется сопротивлением, измеренным на выходе прибора. Чем больше это значение, тем прибор считается более качественным.

·           Диапазон измерений. Это область, ограниченная наименьшим и наибольшим значением, которое может измерить прибор. Большинство тестеров являются универсальными, измеряющими напряжение в диапазоне от десятков милливольт до киловольта. Однако в исследовательских центрах используются приборы, позволяющие определять мили или даже микровольты.

·           Точность показаний. Этим параметром обозначается погрешность между реальными значениями напряжения и измеренными. В зависимости от значений измеряемой амплитуды сигнала, эта погрешность изменяется, поэтому характеризуется она классом точности. Например, для прибора, работающего в диапазоне измерения от 0 до 60 вольт, класс точности, равный единице, будет обозначать, что погрешность прибора не может превышать 0,6 В, но на малых значениях такой допуск недопустим. Поэтому диапазон измерений и разбивается на небольшие участки.

·           Диапазон частот. Определяется чувствительностью электронных компонентов регистрировать сигнал той или иной частоты.

·           Рабочая температура окружающей среды. Обозначает условия, при которых погрешность измерения будет соответствовать заявленному классу точности.

ВИДЫ ВОЛЬТМЕТРОВ

Кроме технических параметров, определяющих назначение прибора, в описаниях вольтметра часто указываются его физические размеры. Связано это с тем, что все устройства по виду конструкции разделяют на три типа:

1.       Переносные.

2.       Стационарные.

3.       Панельные (щитовые).

Первые обычно относятся к полупрофессиональным и любительским измерительным устройствам. Выглядят они в виде прямоугольных коробочек, сделанных из жёсткого пластика или карболита. Все они работают от мобильных источников питания, аккумуляторов или батареек. Для удобства определения амплитудного значения сигнала в наборе с вольтметрами идёт съёмная пара щупов.

Вторые запитываются от сети переменного напряжения, через встроенный в них блок питания. Чаще всего это узкоспециализированные тестеры, обладающие высокой точностью измерений. Используют их в профессиональной сфере деятельности для контроля напряжения в важных точках электрической цепи.

Третий же тип предназначен для использования в специально оборудованных шкафах для постоянного контроля величины напряжения. Обычно применяются в комплексе с защитными приборами. Такого вида вольтметром измеряют переменное однофазное или трёхфазное напряжение.

АНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО

Отличительной чертой аналогового устройства является присутствие стрелочного индикатора. В основе принципа работы вольтметра такого типа лежит использование измерительной головки. Конструктивно она выполняется в виде алюминиевого контура, помещённого в магнитное поле. Стрелка прибора и оси приклеивается к рамке, на которую намотана проволока.

Через пружины или растяжки, удерживающие стрелку в начальном положении, на конструкцию подаётся ток. В зависимости от величины его силы, магнитное поле воздействует на рамку с разной интенсивностью. В итоге возникает крутящий момент, выводящий стрелку из нулевого состояния.

Для устойчивого положения стрелки используются демпферы. Под указателем располагается шкала, отградуированная по эталонным приборам. Поэтому каждое положение стрелки соответствует своему значению напряжения. Как только измерения заканчиваются, ток перестаёт поступать на измерительную головку и указатель под действием растяжек возвращается на своё первоначальное положение.

Структурную схему аналогового прибора можно подставить в виде последовательной цепочки, состоящей из входного устройства, усилителя тока, детектора, измерительной головки.

Технические возможности вольтметра во многом определяются чувствительностью головки. К достоинствам аналогового прибора относят инерционность и невосприимчивость к помехам. Он идеально подходит для отображения динамики сигнала. Такой измеритель мгновенно показывает изменение вольтажа. Например, при вычислении напряжения с пульсациями, тестер, интегрируя их, показывает среднее значение. Расширить диапазон измерения можно применив добавочные сопротивления или шунты. Но при своих достоинствах стрелочные вольтметры характеризуются большой погрешностью и сложность в интерпретации результатов измерения.

Вывод:

Практическое занятие №4.

Устройство вольтметров.

Цель работы: познакомиться с методами измерения напряжения вольтметром.

Порядок выполнения работы:

Электронные аналоговые вольтметры являются первым приме­ром электронных измерительных приборов, рассматриваемых в курсе. Среди них встречаются как вольтметры прямого преобразо­вания, так и вольтметры сравнения. Рассмотрим принцип работы, структурные схемы и основные функциональные узлы аналоговых вольтметров прямого преобразования и сравнения.

АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Как видно из рис.1, в самом общем случае включает входное уст­ройство (ВУ), на вход которого подается измеряемое напряжение Ux, ИП и магнитоэлектрический прибор, применяемый в качестве ИУ.

Входное устройство представляет в простейшем случае дели­тель измеряемого напряжения — аттенюатор, с помощью которого расширяются пределы измерения вольтметра. Помимо точного де­ления Ux, ВУ не должно снижать входной импеданс вольтметра, влияющий, как уже неоднократно подчеркивалось, на методическую погрешность измерения Ux- Таким образом, использование ВУ в виде аттенюатора является, в дополнение к добавочным

Р и с.1. Обобщенная структурная          схе­ма аналогового вольтметра прямо-го      пре­образования.

сопротивлениям и измерительным трансформаторам напряжения, еще од­ним способом расширения пределов измерения вольтметров. Имен­но этот способ применяется в электронных вольтметрах и других радиоизмерительных приборах.

В качестве ИП в вольтметрах постоянного тока (В2) применя­ется усилитель постоянного тока (УПТ), а в вольтметрах перемен­ного и импульсного тока (ВЗ и В4) —детектор в сочетании с УПТ или усилителем переменного тока. Более сложную структуру имеют преобразователи в вольтметрах остальных видов.  преобразуется в постоянное напряжение Ux=, которое затем изме­ряется вольтметром постоянного тока. Наоборот, в вольтметрах второй модификации (рис. 3.14, б) измеряемое напряжение сначала усиливается с помощью усилителя переменного тока, а затем де­тектируется и измеряется. При необходимости между детектором и ИУ может быть дополнительно включен УПТ.

Сравнивая структурные схемы рис.2, можно еще до рас­смотрения схемных решений их функциональных узлов сделать определенные выводы в отношении свойств вольтметров обеих мо­дификаций. В частности, вольтметры первой модификации в отно­шении диапазона частот измеряемых напряжений не имеют таких ограничений, как вольтметры второй модификации, где этот параметр зависит от полосы пропускания усилителя переменного тока. Зато вольтметры второй модификации имеют высокую чувствитель­ность. Из курса «Усилительные устройства» известно, что с по­мощью усилителя переменного тока можно получить значительно больший коэффициент усиления, чем с помощью УПТ, т. . огра­ничивается собственными шумами усилителя. За счет изменения

Рис.2. Структурные схемы аналоговых вольтмет­ров переменного и импульсного тока:

а—с детектором на входе; б — с усилителем переменного то­ка на входе.

коэффициента деления ВУ и коэффициента усиления усилителей диапазон измеряемых напряжений может быть большим у вольтмет­ров обеих модификаций.

Тип детектора в структурных схемах рис. 2 определяет при­над-лежность вольтметров обеих модификаций к вольтметрам амплитудного, среднеквадратического или средневыпрямленного на­пряжения. При этом вольтметры импульсного тока (В4) проекти­руются только как вольтметры первой модификации, чтобы избе­жать искажений формы импульсов в усилителе переменного тока. При измерении напряжения одиночных и редко повторяющихся им­пульсов применяются либо диодно-емкостные расши-рители им­пульсов в сочетании с детекторами, либо амплитудно-временное преобразование импульсов, характерное для цифровых вольтметров.

Рассмотрим теперь типовую структурную схему селективных вольтметров, которые используются при измерении малых гармо­нических напряжений в условиях действия помех, при исследова­нии спектров периодических сигналов и в целом ряде других слу­чаев. Как видно из рис. 3, вольтметр представляет собой по существу супергетеродинный приемник, принцип работы которого поясняется в курсе «Радиотехнические цепи и сигналы».

Частотная селекция входного сигнала осуществляется с помо­щью перестраиваемого гетеродина, смесителя (См) и узкополосного усилителя промежуточной частоты (УПЧ), который обеспечи­вает высокую чувствительность и требуемую избирательность. Если избирательность недостаточна, может быть применено двукратное, а иногда и трехкратное преобразование частоты. Кроме того, в се­лективных вольтметрах обязательно наличие системы автоматиче­ской подстройки частоты и калибратора. Калибратор — образцовый источник (генератор) переменного напряжения определенного уровня, позволяющий исключить систематические, погрешности из-за изменения напряжения гетеродина при его перестройке, измене­ния коэффициентов передачи узлов вольтметра, влияния внешних факторов и т. д. Калибровка вольтметра производится перед изме­рением при установке переключателя П из положения 1 в положе­ние 2.

Рис. 3. Структурная схема селективного вольтметра.

В заключение отметим, что в одном приборе нетрудно совмес­тить функции измерения постоянных и переменных напряжений, а с помощью дополнительных функциональных узлов и соответст­вующих коммутаций (по аналогии с выпрямительными приборами) образовать комбинированные приборы, получившие название уни­версальных вольтметров (В7). Современные типы таких вольтмет­ров, как правило, проектируются в виде цифровых приборов, что позволяет дополнительно расширить их функциональные возмож­ности и повысить точность. В связи с этим особенности построения структурных схем универсальных вольтметров будут рассмотрены в работах коллег.

АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ СРАВНЕНИЯ

Рис. 4. Схема измерительного по­тенциометра.

Электронные аналоговые вольтметры сравнения в    большин­стве своем реализуют наиболее распространенную модификацию метода сравнения — нулевой метод. Поэтому чаще они называются компенсационными вольтметрами. По сравнению с вольтметрами прямого преобразования это бо­лее сложные, но и, как подчерки­валось ранее более точные при­боры. В момент ком­пенсации DХ=0 и прибор не по­требляет мощности от источни­ка X. Применительно к компенса­ционным вольтметрам это озна­чает возможность измерения не только напряжения, но и ЭДС ма­ломощных источников. В практи­ке электрорадиоизмерений подоб­ные измерения выполняются как с помощью электронных компен­сационных вольтметров, так и электромеханических. Для пояснения применения нулевого метода при измерении ЭДС и напряжения рассмотрим вначале классиче­скую схему электромеханического компенсатора постоянного тока, представленную на рис. 4.

Одним из основных функциональных узлов любого компенсатора является высокоточный переменный резистор R, по шкале которого отсчитывают измеря­емое значение ЭДС (Ех) или напряжения (Ux). Поэтому компенсаторы принято называть по ГОСТ 9245—79 измерительными потенциометрами. В качестве об­разцовой меры ЭДС применяется нормальный элемент (НЭ) — электрохимиче­ский источник, ЭДС (Еа) которого известна с очень высокой степенью точности. Однако емкость НЭ невелика, и длительное сравнение в процессе измерений Ex(Ux) с Ен невозможно. Поэтому схема потенциометра дополняется вспомога­тельным источником ЭДС (Еo) большой емкости. Для сравнения с Ex(Ux) ис­пользуется падение напряжения на образцовом резисторе Rн., создаваемое током от источника Eо—рабочим током (Iр), который предварительно устанавлива­ется. Таким образом, процесс измерения Ex{Ux) должен состоять из двух этапов.

На первом этапе устанавливается требуемое значение Iр. Для этого пере­ключатель устанавливается в положение 1 и с помощью потенциометра Rp до­биваются нулевого показания индикатора И (как правило, магнитоэлектрический гальванометр). Как видно из рис. 4, этому соответствует IpRн=Eн, т. е. ра­бочий ток Iр, который далее должен оставаться постоянным, будет воспроизво­дить в процессе измерений значение Ен.

На втором этапе измеряют значение Ex(Ux). Для этого переключатель пере­водится в положение 2, и изменением сопротивления потенциометра R вновь до­биваются нулевого показания И. .R и может быть отсчитано по шкале R.

Таким образом, метрологические характеристики измерительных потенцио­метров постоянного тока определяются параметрами НЭ, образцовых резисто­ров, индикатора и источника Еу. В качестве НЭ применяются насыщенные и не­насыщенные обратимые гальванические элементы, положительный электрод которых образуется ртутью, а отрицательный — амальгамой кадмия. Классы точности НЭ регламентируются ГОСТ 1954—82 в пределах 0,0002…0,02 и опре­деляют класс точности потенциометра в целом. Потенциометр R выполняется по специальной схеме, обеспечивающей постоянство /р при изменении R и необхо­димое число знаков (декад) при отсчете Ex(Ux). Этим требованиям удовлет­воряют схемы с замещающими и шунтирующими декадами.

Измерительные потенциометры могут использоваться и для измерения пере­менных напряжений. Однако компенсирующее напряжение необходимо в этом случае регулировать не только по модулю, но и по фазе. Поэтому такие потен­циометры имеют более сложную схему, чем потенциометры постоянного тока, а по точности значительно уступают им из-за отсутствия на переменном токе образцовой меры, аналогичной по своим характеристикам НЭ. В практике электрорадиоизмерений они полностью вытеснены электронными компенсационными вольтметрами.

В компенсационных вольтметрах измеряемое напряжение (по­стоянное, переменное, импульсное) сравнивается с постоянным компенсирующим напряжением, которое в свою очередь точно измеряется вольтметром постоянного тока и является мерой Ux. Типовая структурная схема такого вольтметра приведена на рис. 5.

Как видно из рис. 5, основу вольтметра составляет компен­сационный ИП, состоящий из измерительного диода V с нагрузкой R, регулируемого источника постоянного компенсирующего напря­жения -Ек, усилителя и индикатора с двумя устойчивыми состояниями. При отсутствии Ux индикатор, реализуемый с помощью

функциональных узлов находится в первом устойчивом состоянии, а при некотором пороговом значении переходит во второе состояние. Процесс измерения Ux как раз и сводится к постепенному увеличению Ек до тех пор, пока индика­тор не перейдет во второе устойчивое состояние. Значение Ек, со­ответствующее моменту перехода, измеряется вольтметром посто­янного тока и является мерой Ux.

Рис. 5. Структурная схема компенсационного вольт­метра.

В сочетании с другими схемны­ми решениями (применение индикатора с малым пороговым напряжением, лампового измерительного диода со стабильной ха­рактеристикой и др.) оказывается возможным проектировать вы­сокоточные компенсационные вольтметры.

Недостаток рассмотренной схемы — необходимость установки Ей вручную. Поэтому в большинстве вольтметров схему ИП услож­няют, обеспечивая автоматическую компенсацию Ux и Ек. Авто­компенсационные вольтметры являются прямопоказывающими приборами и более удобны в эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ АНАЛОГОВЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ

Рассмотрим схемные решения основных функциональных узлов, определяю­щих метрологические характеристики аналоговых вольтметров. Большинство этих узлов применяются и в других видах электронных измерительных приборов.

Входное устройство

Как уже указывалось выше, ВУ предназначено для расширения пределов измерения вольтметра. В простейшем случае оно представляет собой аттенюа­тор, выполненный по резистивной (рис. 6, а), емкостной (рис. 6, б) или ком­бинированной (рис. 3.18, в) схемам.

Наиболее простой и универсальной (для Uх= и Ux~) является схема, пред­ставленная на рис. 6, а, но на высоких частотах существенное влияние начи­нают оказывать паразитные емкости. Поэтому на высоких частотах переходят либо к емкостной схеме, либо к комбинированной, которая при R1C1 = R2C2 ока­зываетсячастотно-компенсированной (коэффициент деления k = R2/(R1 + Р2), как и для схемы, изображенной на рис. 6, а).

Выполнение остальных требований и прежде всего обеспечение высокого входного сопротивления и минимальной входной емкости вольтметра приводит в ряде случаев к усложнению структуры ВУ. Наиболее универсальным и часто применяемым в современных вольтметрах переменного тока является ВУ, струк­турная схема которого представлена на рис. 7.

Принципиальной особенностью данной схемы является изменение Uв с помощью низкоомного резистивного аттенюатора с постоянным входным и выходным импедансом. Это повышает точность измерения Ux~, но требует введения в структу­ру ВУ преобразователя импеданса (ПИ), обеспечивающего трансформацию высо­кого входного сопротивления вольтметра в малое входное сопротивление атте­нюатора. В качестве ПИ наиболее часто используют повторитель напряжения на полевом транзисторе с глубокой отрицательной обратной связью. С помощью входного делителя

Рис. 6. Схемы аттенюаторов вольтметров:

а—на резисторах; б — на конденсаторах; в — комбинированная.

Рис. 7. Структурная схема уни­версального входного устройства.

напряжения (ВДН) предусматривается дополнительная воз­можность расширения пределов измерения вольтметра. ВДН представляет собой фиксированный делитель резистивно-емкостного типа (см. рис. 6, в)

На высоких частотах входное сопротивление вольтметра уменьшается, а входная емкость и индуктивности проводников образуют последовательный ко­лебательный контур, который на резонансной частоте имеет практически нулевое сопротивление. Для нейтрализации этих эффектов ПИ конструктивно выполня­ется как выносной пробник с ВДН в виде насадки.

Вывод:

Символ схемы мультиметра (Руководство)

Опубликовано: 1 июня 2022 г. Сэмом Орловским

Категории Обучение

Метки Мультиметр

Мультиметр используется для измерения напряжения, сопротивления, тока и целостности цепи. Это один из наиболее часто используемых электроинструментов. Следующее, что нужно сделать после покупки, это научиться правильно снимать показания.

У вас есть цифровой мультиметр, но вы не знаете, с чего начать? Вы попали в нужное место. Пожалуйста, продолжайте читать, чтобы узнать все, что вам нужно знать о схемных символах мультиметра и их значениях.