Преобразователи средневыпрямленного значения

Для измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения электронные вольтметры содержат преобразователи средневыпрямленно­го значения ПСЗ, которые обычно строятся на основе усилителей пере­менного напряжения, охваченных отрицательной обратной связью по то­ку. В качестве нагрузки усилителя используется магнитоэлектрический микроамперметр, включенный через выпрямитель. На рис. 8.8 показана схема ПСЗ с двухполупериодным выпрямителем в цепи выходного при­бора. Если на вход преобразователя подать входное напряжение U_вх(t), то среднее значение тока через микроамперметр будет:

1 _Т

І_ср═——— ∫ U_вх(t)dt ,

TR_oc ⁰

где Т - период U_вх(t).

При синусоидальном входном сигнале U_вх = U_msinωt.

2U_m

I_cp═——— .

πR_oc I_вых

U_вх

I_cp

Рис. 8.8. Преобразователь среднего значения.

Индуктивные и взаимоиндуктивные ИП представляют собой ка­тушки индуктивности, параметры которых меняются под воздействием измеряемой величины. Магнитоупругие датчики представляют собой разновидность индуктивных с замкнутым магнитопроводом, меняющим свои параметры.

Индукционные преобразователи представляют собой катушку, в которой наводится ЭДС при ее помещении в магнитное поле.

Электромагнитные преобразователи используются для измерения скорости, углового и линейного ускорения.

3. Электростатические ИП могут быть емкостные и пьезоэлектрические. В емкостных преобразователях под действием измеряемой величины меня-ется электрическая емкость или тангенс угла потерь. Пьезоэлектрические преобразователи основаны на пьезоэффекте - возникновении ЭДС на гранях кристалла под воздействием механических сил.

Такие преобразователи используются для перемещения, силы, дав­ления, количества и состава вещества (влажность, толщины листа или по­крытия, наличия включений).

4. Тепловые ИП включают в себя терморезисторы и термопары. В термо­резисторах величина электрического сопротивления зависит от темпера­туры, а в термопарах от температуры зависит величина термо ЭДС.

Используются для измерения температуры, скорости и расхода жид­ких и газообразных веществ, влажности, концентрации газов.

5. Электрохимические ИП основаны на явлениях, возникающих при про­хождении электрического тока через электролит. Могут быть использова­ны для определения состава и концентрации растворов, количества элек­тричества.

6. Ионизационные ИП используют явление ионизации газа при прохож­дении через него ионизирующего излучения или люминесценции некото­рых веществ под действием ионизации. Использую для измерения плотности и состава газов, размеров изделий.

7. Фотоэлектрические ИП основаны на зависимости фототока от освеще­ния. Используются для измерения световых величин, прозрачности сред, размеров тел.

По роду выходной электрической величины измерительные преоб­разователи делятся на параметрические и генераторные. Параметрические преобразователи характеризуются изменением одного из параметров R, L, C, а генераторные - изменением генерируемой ЭДС под влиянием из­меряемой величины. К генераторным относятся преобразователи: индук­ционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и некоторые электро­химические. Остальные - к параметрическим.

Рассмотрим свойства некоторых наиболее применяемых измери­тельных преобразователей неэлектрических величин.

8.1.5. Вольтметры постоянного напряжения.

Вольтметр постоянного напряжения состоит из усилителя постоянного напряжения того или иного типа, магнитоэлектрического микроампер-метра и (при необходимости) делителей напряжения.

При использовании усилителей с непосредственной связью нижний предел измерения обычно составляет 100-300 мВ. На меньших пределах измеряемое напряжение становится сравнимым с дрейфом нуля усилителя. Для уменьшения дрейфа часто используют дифференциальный усилитель. С помощью делителя на входе вольтметра верхний предел измерения увеличивают до 500-1000 В. Приведенная погрешность таких вольтметров составляет 1,5 – 2,5 %.

На рис. 8.10. показана структурная схема вольтметра постоянного тока с использованием усилителя типа МДМ.

Ф М У ДМ Ф

U_вх

R_ос

Рис. 8.10. Вольтметр постоянного напряжения с усилителем типа МДМ.

Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по току через показывающий микроамперметр и резистор R_ос. Изменяя величину резистора R_ос можно изменять предел измерения. Серийные вольтметры такого типа (В2-11, В2-15, В2-25) имеют нижний предел измерения 3 – 30 мкВ, а верхний – 1 В. Входное сопротивление вольтметра не менее 10⁶ Ом; приведенная погрешность 1 – 6%, дрейф нуля от 1 до 10 мкВ за 8 часов работы.

Промышленностью выпускается нановольтметр постоянного тока Р341 на базе фотогальванометрического усилителя. Структурная схема такого вольтметра приведена на рис. 8.11. Фотогальванометрический усилитель охвачен отрицательной обратной связью по току через магнитоэлектрический микроамперметр. Для увеличения чувствительности вольтметра в схему включен дополнительный усилитель У.

Нижний предел измерений такого нановольтметра составляет 500 нВ, входное сопротивление 1÷ 50 кОм, относительная ошибка измерения 2,5%.