Главная  Электронные вольтметры 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [ 9 ] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41]

жен быть градуирован совместно с каждым добавочным конденсатором, с которым он будет применяться.

Соотношение (26) оставалось бы неизменным, если бы утечки в конденсаторах отсутствовали и сопротивление их изоляции было бесконечно велико. Реально это не так, и спустя некоторое время измеряемое напряжение окажется распределенным не обратно пропорционально емкостям конденсаторов, а прямо пропорционально сопротивлениям их утечек. Собственная постоянная времени системы из двух конденсаторов равна произведению суммы их емкостей на сопротивление, эквивалентное параллельному соединению сопротивлений утечек. Эту постоянную времени нетрудно найти экспериментально, наблюдая за изменением показаний прибора после подключения ко входным зажимам системы батарей.

При измерении переменного иапряжения оно распределяется пропорционально полным сопротивлениям конденсаторов. Распределение зависит от частоты и сопротивлений изоляции; с повышением часто- ты и сопротивлений изоляции оно приближается к соотношению (26), с их уменьшением - к распределению пропорционально сопротивлениям.

В данном случае используется по сути дела емкостный делитель, одним плечом которого является емкость прибора. Можно использовать внешний (рис. 6, а) емкостный делитель напряжения. Тогда вольтметр подключается к емкости Cj делителя, которая выбирается настолько большой, чтобы изменение емкости вольтметра в зависимости от угла поворота подвижной части не вызывало заметной погрешности. Показание вольтметра:

и =- (27)

С\-\-С2 + Си Ci -- Са

На переменном Токе коэффициент деления не зависит от частоты, начиная уже с низких частот. Кроме того, делитель можно сделать частотно-независимым. Но так как коэффициент деления будет определяться и сопротивлениями утечек, и высокомегомными шунтирующими резисторами, стабильность его будет невысока.

Недавно одной американской фирмой были разработаны так называемые электростатические трансформаторы напряжения (назовем их сокращенно ЗТН). С их помощью можно повышать или снижать (ЭТН обратимы) пределы измерения электрометров, в том числе электростатических, в любое число раз, кратное двум или десяти. ЭТН отличаются высокой точностью коэффициента передачи и допускают непрерывную работу. В какой-то мере они являются развитием схемы, которая была изображена на рис. 6, а.

На рис. &,д показана принципиальная схема четырехкаскадного повышающего ЗТН с коэффициентом передачи (трансформации) 10:1. Он состоит из восьми конденсаторов одинаковой емкости и восьми переключателей на два направления (можно считать, что это четыре двухполюсных тумблера). Все переключатели находятся либо одновременно в нижнем по схеме попожении («заряд»), либо одновременно в верхнем («передача»).

Рассмотрим вначале работу только сдного первого каскада, считая, что другие отключены. Когда переключатели в нижнем положении, конденсатор А заряжается до измеряемого напряжения Ux-Затем переключатели переводятся в верхнее положение. Заряженный конденсатор А оказывается включенным последовательно с источником измеряемого напряжения Ux и конденсатором в. Начинается за-



ряд конденсатора В; как только напряжение на нем достигнет значения Ux, заряд прекращается, потому что потенциалы как одного, так и другого электрода конденсатора Л имеют в этот момент одинаковый потенциал Ux и ток в цепи уже не течет. Предполагается, конечно, что никакого начального заряда на конденсаторе В нет.

Таким образом, за первый цикл работы переключателей конденсатор А разрядился полностью, передав весь полученный от источника заряд конденсатору В и зарядив его до напряжения Ux При втором цикле конденсатор А передаст конденсатору В только половину своего заряда и конденсатор В окажется заряженным до напряжения Vst/x. После третьего цикла напряжение на конденсаторе В станет равным VliUx, после четвертого-VUUx и т. д. За каждый цикл напряжение на конденсаторе В (при равенстве емкостей конденсаторов) увеличивается на половину разности между напряжением Ux, до которого каждый раз заряжается конденсатор А, и напряжением на конденсаторе В в конце предыдущего цикла. В конце концов, после достаточного числа переключений конденсатор В окажется заряженным до напряжения, :коль угодно близкого к 2 Ux. Напряжение на конденсаторе А будет оставаться равным Ux независимо от положения переключателей, и в этих условиях при идеальных конденсаторах ЭТН не потребляет от источника U никакого тока. В реальных условиях от источника Ux будет потребляться небольшой ток, покрывающий потери заряда ча конденсаторах. Но, и это очень важно, напряжение не распределится на конденсаторах пропорционально сопротивлениям их изоляции, как бы долго ни был подключен ЭТН к источнику постоянного напряжения; в этом его большое преимущество по сравнению с предыдущими схемами.

Работа остальных каскадов трансформатора в принципе не отличается от работы первого. Для второго каскада роль напряжения Ux играет напряжение на конденсаторе В, для третьего - напряжение на конденсаторе D. Но при совместной работе всех каскадов равновесное состояние схемы достигается гораздо медленнее. Теперь при нижнем положении- переключателей заряд на конденсаторе В не сохраняется постоянным - часть этого заряда передается на конденсатор С, а"" часть заряда с конденсатора О - на конденсатор £ и т. д. В конечном Итоге конденсатор D заряжается до напряжения 4 Ux, конденсатор F - цо напряжения 8 Ux. Чтобы получить коэффициент трансформации 10: 1, последний каскад построен несколько по-иному. Последовательно с конденсаторами Н я G включается не конденсатор F, как это должно бы быть по аналогии с предыдущими каскадами, а конденсатор В Его напряжение, равное 2 Ux, суммируется с напряжением 8 Ux, имеющимся на конденсаторе б, что дает на выходном конденсаторе Н нужное напряжение 10 Ux-

Электрометр подключается параллельно выходному конденсатору Н, емкость которого должна быть много больше входной емкости электрометра.

Если входное напряжение постоянно, а утечки незначительны, то, спустя некоторое время, после достаточного числа переключений напряжение на выходе первого каскада будет точно равно 2 Ux, на выходе второго - точно 4 Ux, на выходе третьего - точно S Ux ч на выходе последнего, четвертого, - точно 10 Ux- Интересно то, что конечное распределение напряжений ие зависит от емкостей конденсаторов. Они определяют только скорость установления напряжения. Если, например, емкость конденсатора А вдвое меньше емкости В, то за первый цикл он передаст конденсатору В, как и прежде, весь



свой заряд. За второй цикл он передаст / заряда (вместо Vs), но так как его заряд теперь вдвое меньше, то и возрастание напряжения на конденсаторе В составит Va Ux вместо V2 Ux, как это было при равенстве емкостей. Скорость установления равновесного состояния прн этом замедляется, но все равно напряжение на конденсаторе В асимптотически стремится к конечному значению 2 Ux- Ведь только в этом случае зарядный конденсатор будет переключаться вхолостую, не передавая никакого заряда.

Точно так же влияют лишь на скорость установления, а не на распределение равновесных напряжений сопротивления контактов и проводников и время замыкания контактов. Дребезжание контактов для схемы не существенно. Точная синхронизация работы переключателей (обычно это контакты электромагнитных реле) не требуется; важно лишь, чтобы какой-нибудь не оказался в нижнем положении, когда остальные находятся в верхнем, и наоборот.

Паразитные постоянные э. д. с. в цепях ЗТН не влияют на его коэффициент трансформации, что дает возможность трансформировать очень малые напряжения.

Мы упоминали о том, что и после достижения равновесия ЗТН потребляет некоторый ток, восполняющий утечку заряда в конденсаторах. Другими словами, ЭТН имеет некоторое эффективное входное сопротивление. При емкостях порядка 0,01 мф оно составляет 10"- 10" ом.

Чтобы рассмотренный ЗТН работал как понижающий, с коэффициентом трансформации 1 : 10, измеряемое напряжение нужно приложить к правым на схеме зажимам, считая их входными, а электрометр подключить к левым, которые будут выходными. Параллельно им нужно в этом случае также включить конденсатор для сглаживания пульсаций.

ЗТН нормально работает только на высокоомную нагрузку, в частности, в комплекте с электростатическими вольтметрами. При заметной нагрузке заряд на нее поступает сразу с первого каскада, и эффект трансформации пропадает.

Глава третья ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ НА ЛАМПАХ

Общие положения

Электронные ламповые вольтметры предназначены для измерения напряжений от десятых долей вольта до многих сотен вольт. Для получения линейной шкалы изменение напряжения на управляющей сетке входной лампы вольтметра должно быть небольшим. Поэтому ламповые вольтметры изготавливают, как правило, многопредельными. Низший предел измерения устанавливается равным 1-3 в (его дальнейшему уменьшению препятствует дрейф электронного усилителя) и является основным, а расширение пределов измерения осуществляется обычно при помощ.; входных делителей напряжении.

В соответствии с этим структурная схема электронного вольтметра постоянного тока состоит в общем случае из трех элементов: вход-

3-982 33



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [ 9 ] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41]

0.0008