Электронные аналоговые приборы

Электронные аналоговые приборы представляют собой сочетание различных электронных преобразователей и магнитоэлектрического прибора и служат для измерения различных электрических величин (напряжения, частоты, фазы и др.).

В отличие от электромеханических приборов они обладают большим входным сопротивлением (малым потреблением энергии от объекта измерения) и высокой чувствительностью.

Электронный вольтметр включает в себя устройство в виде высокоомного резистивного делителя напряжения, усилитель напряжения, магнитоэлектрический измерительный прибор. Входное устройство обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметра и изменение пределов измерения. Усилитель служит для увеличения чувствительности прибора. Он должен обеспечивать высокую линейность и стабильность амплитудной характеристики. Если вольтметр предназначен для измерения переменного напряжения, то в схеме должен быть предусмотрен преобразователь переменного напряжения в постоянное.

Современные электронные вольтметры имеют входное сопротивление на уровне единиц и десятков мегаом, диапазон измерений от единиц милливольт до сотен вольт, погрешность измерения на уровне 1÷6%.

На рис. 113, а, б приведена структурная схема электронного (конденсаторного) частотомера и временные диаграммы его работы. Формирующее устройство ФУ преобразует входное напряжение U_fx неизвестной частоты f_x в прямоугольные импульсы

u_ф постоянной амплитуды, следующие с той же частотой. Пока импульс существует, конденсатор С заряжается через диод VD1. при отсутствии импульса — конденсатор С разряжается через диод VD2 и магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ. Среднее значение разрядного тока I_ср, протекающего через ИМ за период, пропорционально количеству электричества q = СU_ф, т. е.

,

где U_ф — напряжение, до которого заряжается конденсатор.

Если С и U_ф постоянны, то ток, протекающий через магнитоэлектрический прибор, линейно связан с измеряемой частотой и шкалу его можно проградуировать непосредственно в единицах измерения частоты f_x.

Промышленностью выпускается конденсаторный частотомер Ч3-7, имеющий диапазон измеряемых частот для синусоидальных сигналов 10 Гц — 500 кГц, для прямоугольных импульсов 10 Гц — 20 кГц. Основная погрешность измерения составляет ±2%.

Структурная схема электронного фазометра приведена на рис. 114, а. Исследуемые напряжения и₁ и и₂ поступают на два идентичных измерительных канала, которые включают формирующие устройства ФУ и ограничители Ог, не пропускающие сигналы отрицательной полярности. На выходе ФУ получаются остроконечные импульсы и_ф, фронты которых соответствуют моментам переходов через нуль напряжений и₁ и и₂. Интервал т между импульсами 1—2, 3—4, 5—6 и т. д. пропорционален сдвигу фаз φ между и₁ и u₂ Если интервал τ отнести к длительности периода Т исследуемых напряжений, как это видно из рис. 114,б, получим .

Положительные импульсы, получаемые на выходе ограничителей Ог, управляют работой триггера Тг. Выходные импульсы напряжения последнего имеют постоянную амплитуду U_три различную в зависимости от ср длительность т. В качестве выходного прибора используется магнитоэлектрический измерительный

механизм ИМ, реагирующий на среднее значение поступающего

сигнала, т. е. , где R_из-сопротивление измерительной цепи ИМ.

Окончательно имеем

,

т. е. шкала измерительного прибора может быть отградуирована в градусах сдвига фаз между и₁ и u₂.

По описанной схеме выполняют фазометры типа Ф2-1. Погрешность измерения сдвига фаз, составляет 1,5—3%.