2.1.7. Измерение напряжений компенсаторами.

Компенсатор (потенциометр) постоянного тока представляет собой источник плавно регулируемого известного постоянного напряжения. Идею его применения иллюстрирует рис. 2.7, где E_x – измеряемая ЭДС активного двухполюсника с выходным сопротивлением R_x, E_к и R_к – параметры схемы замещения компенсатора, НИ – нуль-индикатор, в качестве которого можно использовать, например, гальванометр высокой чувствительности. {2К10}

Значение E_к необходимо изменять до тех пор, пока НИ не покажет отсутствие тока. Если ток в цепи действительно отсутствует, то E_x = E_к независимо от значений R_x, R_к и сопротивления НИ. При этом погрешность измерения E_x равна погрешности, с которой известно значение E_к. Обычно источник E_к реализуют на основе меры ЭДС – нормального элемента и делителя напряжения {2К9}, имеющих погрешности порядка 0,001 % и менее.

В связи с тем, что чувствительность НИ не бесконечно велика (НИ показывает нуль, однако через него протекает некоторый малый ток), то практически необходимо учитывать составляющую погрешности измерения E_x, вызванную падением напряжения от тока на сопротивлениях R_x, R_к и сопротивлении НИ.

Обычно компенсаторы используются для точных измерений постоянных ЭДС и напряжений в диапазоне от десятков нановольт до единиц вольт, а также для косвенных измерений токов и сопротивлений. Значения пределов основной приведенной погрешности компенсаторов составляют обычно ± 0,001 % и менее. {2К13}

2.1.8. Измерение напряжений цифровыми вольтметрами.

Цифровые вольтметры {2К14}, предназначенные для измерения постоянных напряжений (ЦВПН), состоят из двух основных узлов – аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифрового отсчётного устройства. Метрологические характеристики ЦВПН определяются характеристиками АЦП. {2К15}

Цифровые вольтметры, предназначенные для измерения переменных напряжений, не выпускаются в виде отдельных приборов. Они строятся на основе ЦВПН путем подключения предварительного преобразователя переменного напряжения в постоянное – детектора (см. подраздел 1.2.6.) и входят в состав универсальных приборов – мультиметров. Свойства и технические характеристики используемого детектора определяют, в основном, свойства и технические характеристики цифрового вольтметра переменного напряжения.

По сравнению с аналоговыми электронными вольтметрами цифровые обладают гораздо лучшими метрологическими характеристиками. В качестве примера рассмотрим характеристики мультиметра типа HP3458A. На постоянном напряжении наибольший предел измерений составляет 1000 В, на наименьшем пределе измерений единица младшего разряда равна 10 нВ, наименьшая основная приведенная погрешность не более 0,001 %. На переменном напряжении наименьшая основная приведенная погрешность не более 0,014 %, частотный диапазон измеряемых напряжений от 1 Гц до 10 МГц.

Кроме того, цифровые вольтметры обладают высокой помехозащищенностью. Один из способов обеспечения высокой помехозащищенности – применение схем с гальваническим разделением входных цепей цифровых вольтметров от «земли» и выходных цепей и электростатического экранирования входных цепей. Вольтметром, построенном по такой схеме, можно, например, измерить напряжение U₅₄ (см. рис. 2.6 в подразделе 2.1.6), чего нельзя сделать простейшим аналоговым электронным вольтметром.

Помехозащищенность цифровых вольтметров обеспечивается еще рядом способов: использованием дифференциальных усилителей на входе, интегрированием измеряемого постоянного напряжения для подавления содержащихся в нем помех (переменных напряжений), применением аналоговых и цифровых фильтров и т.д.

ВОПРОСЫ:

1. Какие измерительные механизмы используются для создания вольтметров? А амперметров?

2. Какие измерительные механизмы используются в цепях постоянного тока, а какие – в цепях переменного тока? Каков их принцип действия?

3. Чем различаются схемы электромеханических амперметров и вольтметров?

4. Как устроены приборы выпрямительной и термоэлектрических систем? Каковы области их применения?

5. В чем преимущества аналоговых электронных вольтметров по сравнению с электромеханическими?

6. Как устроены аналоговые электронные вольтметры? Области их применения?

7. Какие методические погрешности могут возникать при работе с аналоговыми электронными вольтметрами?

8. Каков принцип действия компенсатора постоянного напряжения? За счет чего они обеспечивают высокую точность измерений?

9. Что такое мультиметр? Какие электрические величины измеряются мультиметрами?

10. В чем преимущества цифровых вольтметров перед аналоговыми?