Свойства Аналоговых вольтметров

Вольтметры предназначены для измерения напряжений постоянного, переменного и импульсного токов в большом диапазоне напряжений и частот.

Аналоговые вольтметры делятся на электромеханические и электронные.

Электромеханические вольтметры преобразуют электромагнитную энергию, полученную из измеряемой цепи, в механическую энергию, которая служит для перемещения подвижной части.

Нужно измерить электрическую величину U_x . Измерительная цепь преобразует U_x в промежуточную величину Y (ток, напряжение) , а величина Y уже воздействует на измерительный механизм. Измерительный механизм преобразует электромагнитную энергию в механическую, которая нужна для отклонения его подвижной части на угол .

Отсчетное устройство состоит из указателя, который связан с подвижной частью измерительного механизма, и шкалы. Шкалы бывают прямолинейные, дуговые, круговые. По расположению отметок шкалы бывают равномерные и неравномерные, также различаются шкалы и по расположению относительно нуля.

Значение измеряемой величины = произведению числа делений отсчитанных по шкале на цену деления прибора.

Аналоговые электронные вольтметры включают в себя электронные преобразователи измеряемой величины в постоянное напряжение или ток и магнитоэлектрический прибор.

Характерны высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, высокое входное сопротивление.

Вольтметры постоянного тока:

ДН - резистивный делитель напряжения. Он уменьшает измеряемое напряжение до такого, которое необходимого усилителю постоянного тока. С выхода УПТ напряжение попадает на измерительный механизм ИМ и преобразуется в изменение угла α указателя.

Для измерения низких напряжений используются микровольтметры и милливольтметры, содержащие усилители с МДМ-преобразованием.

Схемы модулятора и демодулятора:

Эпюры напряжений:

Постоянное входное напряжение модулятор преобразует в переменное импульсное. Модулятор состоит из ключей SA1 и SA2, управление производится от генератора Г. Коммутация ключей в противофазе. Если сопротивление ключа=0 когда он замкнут и = бесконечности когда разомкнут, то на выходе модулятора будет последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой входного сигнала (при условии что переключение мгновенное). Эти импульсы усиливаются усилителем.

Работа демодулятора аналогична.

Фильтр Ф усредняет импульсы. На выходе получаем усиленное постоянное напряжение с полярностью, соответствующей входному сигналу.

Применение усилителей МДМ значительно уменьшает погрешности от нестабильности напряжения смещения (дрейфа нуля). Эти погрешности значимы при измерении малых напряжений.

Вольтметры переменного тока:

Особенности 1й схемы: широкий частотный диапазон, низкая чувствительность. Вторая схема – наоборот более узкий частотный диапазон, но более высокая чувствительность.

Универсальные аналоговые вольтметры: для цепей постоянного и переменного тока

Входное устройство: для преобразования u_x к напряжению, которое необходимо для дальнейшего преобразования. Это может быть резистивный, конденсаторный, резистивно-конденсаторный делитель напряжения, а также преобразователь.

Резистивно-конденсаторный делитель работает как резистивный при низких и как конденсаторный при высоких частотах.

Часто делители напряжения делаются многопредельными, с постоянным входным или выходным сопротивлениями.

Преобразователи преобразуют переменное в постоянное напряжение, причем делают его пропорциональным амплитудному, среднему или действующему значению.

Преобразователь амплитудного значения ПАЗ :

Если подать на вход синусоидальное напряжение при малой постоянной времени заряда, то на конденсаторе напряжение почти повторяет исходное и достигает Umax. Затем u_вх падает, диод закрывается, конденсатор разряжается через резистор R. Когда u_вх опять достигает напряжения на конденсаторе, диод открывается, конденсатор подзаряжается снова до Umax.

Получается, что среднее значение напряжения на конденсаторе Uco близко к Umax. Их отношение – коэффициент преобразования ПАЗ. Величину сопротивления нельзя брать бесконечно большой, т.к. есть шунтирование следующим каскадом, а также увеличения инерционности ПАЗ при изменении Umax.