Структурная схема электромеханического прибора

Измерительная схема осуществляет количественное или качественное преобразование входной величины Х в электрическую величину Х ', на которую реагирует измерительный механизм. Последний, в свою очередь, преобразует электрическую величину Х' в механическое угловое или линейное перемещение , значение которого отражается по шкале счетного устройства, проградуированной в единицах измеряемой ве­личины N(х).

х Измерительная схема

х/

Измерительный механизм

Отсчетное N(x) устройство

 

Рис. 4.1. Структурная схема электромеханического прибора

 

Классификация электромеханических приборов производится по ти­пу измерительного механизма. Наиболее распространенными в практике радиотехнических измерений являются: магнито­электрическая, электромагнитная, электродинамическая, электроста­тическая. Условное обозначение типа измерительной системы наносится на шкале прибора.

Магнитоэлектрическая система — измерительный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита (магнитопровода). Поле в зазоре, где находится рамка, сделано равномерным за счет особой конфигурации магнитопровода. Под воздействием тока I рамка вращается в магнитном поле, угол поворота ограничивается специальной пружинкой, в результате чего передаточная функция оказывается линейной.

Пределы измерения. В магнитоэлектрическом вольтметре (рис. 4.2) последовательно с измерительным механизмом РА1 включают добавочные резисторы, позволяющие изменять пределы измерения напряжения, а для расширения предела измерения тока измерительного механизма применяют шунты (рис. 4.3), представляющие собой резистор с маленьким сопротивлением, который включают параллельно измерительному механизму.

Значения сопротивлений добавочных резисторов и шунтов рассчитывают по закону Ома:

 

Рис. 4.2 Рис. 4.3 Рис. 4.4

 

Диапазон частот измеряемых напряжений высокочувствительных вольтметров определяется полосой пропускания усили­теля переменного напряжения. Нижний предел этого диапазона составляет 20—30 Гц, верхний—1, 10, 20 и 30 МГц. Выпускаются широкополосные милли­вольтметры с усилителем бегущей волны (с распреде­ленным усилением), рассчитанные на полосу частот 10 кГц—1000 МГц. Предел измерения таким прибором, например ВЗ-25, составляет 1 мВ — 3 В.

Вольтметр с меньшей чувствительностью имеет более широкий диапазон частот, так как послед­ний определяется только реактивными параметрами входной цепи. Сумма индуктивностей входных проводов и (Рис. 4.4) образует входную индуктивность и обозначается символом Lвх. Через и обозначены сопротивления этих проводов; — активное входное сопро­тивление вольтметра, нагружа­ющее источник измеряемого напряжения. Входная емкость — сумма всех емкостей, имеющихся на входе вольтметра. Измерять напряжение можно только на частотах, ниже собственной частоты входной цепи. Для увеличения верхнего предела частотного диапа­зона вольтметра нужно, чтобы собственная частота его входной цепи была возможно выше. Поэтому наряду с уменьшением входной индуктивности принимаются ме­ры для уменьшения входной емкости: исключаются входные клеммы, входные провода заменяются устрой­ством коаксиального типа, изоляционные материалы применяются с малой диэлектрической постоянной. Это позволяет снизить входную емкость у современных электронных вольтметров до 2 пФ и повысить собствен­ную частоту входной цели до 1500МГц

При измерениях напряжения на частотах выше 1 МГц нельзя соединять вход вольтметра с источником измеряемого напряжения проводами сколько-нибудь за­метной длины, так как это увеличивает и , сни­жает и приводит к большим погрешностям. Электронный вольтметр, нельзя ставить вплотную к участкам цепей, высокочастотное напряжение на которых нужно изме­рить.

Для устранения этих противоречий первый каскад усилителя вольтметра, обычно работающий по схеме катодного повторителя, или блок преобразователя выполняют в виде небольшой выносной конструк­ции, которая называется «пробником». Пробник соеди­нен с остальной частью вольтметра в первом случае ко­аксиальным кабелем, а во вторам — обычными прово­дами, заключенными в гибкий экранирующий шланг. Длина этих соединений достигает 1,5 м. Пробником при­касаются к точкам, напряжение между которыми сле­дует измерить. Нижний предел частот, при которых измеряют напряжение, составляет 20—30 Гц.

Входное сопротивление. Входное сопротивление вольтметра в основном определяется сопротивлением добавочного ре­зистора, так как сопротивление рамки измерительного механизма мало. Но и это добавочное сопротивление не может быть очень велико, так как его значение ограничено током, который должен протекать через изме­рительный механизм. В реальных вольтметрах магнитоэлектрической системы входное сопротивление не превышает нескольких десятков килоом. В ряде случаев для измерения в высокоомных радиотехниче­ских цепях такого входного сопротивления недостаточно, ибо это приводит к значительной погрешности измерения.

Контрольные вопросы

4.2.1. Как устроен и работает магнитоэлектрический индикатор?

4.2.2. Для чего применяют шунты? Как их рассчитывают?

4.2.3. Для чего применяют добавочные сопротивления? Как их рассчитывают?

4.2.4. Какие требования предъявляются к входному сопротивлению вольтметра?

4.2.5.Объясните необходимость применения выносных пробников.

4.2.6. Объясните устройство и принцип действия измерительного механизма МЭ системы.