a(t)

Рис. 10.15

Рис. 10.14

вольтметров В4-2, В7-15 и ВЗ-10А, если амплитуда импульсов = 20 В, а скважность Q = = Т/т = 10.

Решение проведем без учета погрешностей. Вольтметры В4-2 и ВТ-15 имеют закрытый вход и не реагируют на постоянную составляющую измеряемого напряжения Uo (показания этих вольтметров прямо пропорциональны U,

и... = и„ - Uo = и„ - ;j;Ju(t)dt = и„ -

-(U /Q) = 18 в.

Поскольку шкала вольтметра B4-2 градуирована в пиковых значениях напряжения, то его показание X i = U,., = 18 В.

Вольтметр В7-15 должен показать = = Mjjl = 12,7 В, так как его шкала градуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения.

Вольтметр типа ВЗ-10А на пределах измерения выше 0,3 В имеет открытый вход, детектор средневыпрямленного значения и шкалу, градуированную в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Так как средне-выпрямленное значение однополярного напряжения совпадает с постоянной составляющей этого напряжения (см. § 10.1), то U, = Uj, = VJQ = = 2В. Поскольку при градуировке оцифровка шкалы вольтметра ВЗ-10А увеличена в 1,11 раза относительно средневыпрямленного значения калибрующего синусоидального напряжения, показания вольтметра должны быть равны Х^з = = 1,11 и,.,= 1,11-2 = 2,22 В.

Изложенное справедливо и для амперметров.

Радиолюбительские конструкции

Схема вольтметра постоянного тока с УПТ на полевом транзисторе приведена на рис. 10.15. Транзистор VT1 и резисторы R5 R8 образуют мост, в диагональ которого включен измеритель магнитоэлектрической системы РА, имеющий ток предельного отклонения 100 мкА и сопротивление рамки 1870 Ом. Входное сопротивление вольтметра практически определяется сопротивлением входного делителя напряжения и сопротивлением утечек и меняется в пределах от 0,5 до нескольких мегаом. Конечные значения шкал 1, 5 и 20 В. Установка нуля производится резистором R7. Диоды VD1-VD3 защитные. Электрическое арретирование измерителя происходит при разомкнутом включателе SA2. Для измерения переменных напряжений ко входу юльтметра нужно подключить один из детек-

8,2М

R2 1,5П

кпюгш

0,5W

m 2 s =г

0,01пк

тд20з -44

RB %7н

R5 т ,9и Д203

2,2к

торов, описанных ранее. Для повышения чувствительности в прибор (между VT1 и РА) может быть введен дополнительный УПТ на микросхеме (например, Р153УТ1А).

10.3. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ, ЕМКОСТЕЙ И ИНДУКТИВНОСТЕЙ

Методы измерения сопротивлений

Сопротивления наиболее часто измеряют методом непосредственной оценки (с помощью омметров), характеризуемым простотой отсчета и широкими пределами измерений, и методом сравнения (мостовым), обеспечивающим малую погрешность измерений.

Электромеханические омметры постоянного тока разделяются на две основные группы: с последовательной схемой (рис. 10.16,а) для измерения средних и больших сопротивлений (1 Ом и выше) и с параллельной схемой для измерения малых сопротивлений (рис. 10.16,6).

В качестве отсчетного устройства омметры используют измеритель магнитоэлектрической системы с током предельного отклонения 20... ...100 мкА. Шкалы омметров с последовательной схемой имеют нулевую отметку справа (указатель измерителя устанавливается на эту отметку при замкнутой кнопке SB) и отметку оо слева. Омметры с параллельной схемой имеют нулевую отметку слева, а отметку оо справа. Переменный резистор R служит для установки нуля омметра (при замкнутой кнопке SB), а резистор Rg-для установки отметки оо (при разомкнутой кнопке SB). Омметр градуируют по образцовым резисторам. Обычно погрешность

Y SB

гтп

н.п 9 -

Rx SB т

Рис. 10.16

о

Рис. 10.17

Рис. 10.18

омметров составляет 4 ... 10%; на начальном и конечном участках шкалы погрешности значительно возрастают.

Электронные омметры строят на базе УПТ. Они представляют собой, по сути, вольтметры постоянного тока, на входы которых подается напряжение, снимаемое с делителя напряжения, образуемого измеряемым R, и образцовым Rg резисторами (рис. 10.17). Возможные изменения напряжения питания U, компенсируются изменением коэффициента усиления УПТ при установке нулевой отметки (рис. 9.17,а-нуль справа) или отметки сю (рис. 10.17,б-сю справа).

Основным недостатком омметров, схемы которых показаны на рис. 10.16 и 10.17, является неравномерность шкалы. На базе УПТ можно построить омметр с линейной (равномерной) шкалой, если включить образцовый Rq и измеряемый R, резисторы, как показано на рис. 10.18. Напряжение иа выходе УПТ здесь линейно зависит от измеряемого сопротивления:

U j = (u,.o)Rr

Коррекция показаний омметра при изменении напряжения питания IL осуществляется изменением сопротивления образцового резистора Rq. Переключение пределов измерения может осуществляться ступенчатым переключением номинальных значений u. или Rq.

Омметр с равномераой шкалой (рис. 10.19). Последовательно с источником питания включены образцовый Rq и измеряемый R, резисторы. Если с помощью измерителя РА с включенным последовательно установочным резистором Ry измерить падения напряжений Uq и Uj соответственно на образцовом Ro и измеряемом R, резисторах, то искомое сопротивление R, =

= RgUyUo-

Следовательно, R линейно зависит от сопротивления резистора Rq и отношения \5J\Jo- Чтобы ускорить получение искомой величины R можно установить переключатель в положение Калибровка и регулировкой резистора Ry добиться отклонения стрелки измерителя РА иа

изберете \Кш1и6ровна

Рис. 10.19

всю шкалу: конечную отметку шкалы обозначить единицей. Остальные деления шкалы при этом будут соответствовать долям от сопротивления резистора Rq. Теперь для измерения R, достаточно переключатель SA поставить в положение Измерение и определить, какую долю от Ro составляет R,. Если при установке переключателя SA в положение Измерение стрелка прибора уйдет за шкалу, то следует подобрать образцовый резистор Ro с большим сопротивлением и повторить операции измерения. Если омметр многопредельный, то вместо одного образцового резистора Ro берут несколько переключаемых резисторов (по числу пределов измерения), которые для удобства выбирают из ряда 1, 10, 100 и т.д. Общее сопротивление измерителя РА и резистора Ry должно быть много больше сопротивления резисторов и Rp.

Омметр с линейной шкалой можно построить, используя свойство транзистора, включенного по схеме ОБ: коллекторный ток такого транзистора практически не зависит от коллекторной нагрузки и напряжения на коллекторе. Если испытываемый резистор R, включить в цепь коллектора транзистора (рис. 10.23), то показание вольтметра PV, подключаемого к резистору, окажется прямо пропорциональным сопротивлению этого резистора и шкалу вольтметра можно градуировать в единицах сопротивления. Она будет практически линейной.

Мостовые методы. Эти методы позволяют осуществлять наиболее точные измерения сопротивлений. Три плеча моста (рис. 10.20) образуют образцовые комплексные сопротивления Z, Ъ^, Z3 (конденсаторы, катушки индуктивности), а четвертое-измеряемое сопротивление Z. Баланса добиваются изменением одного или несколь-

Рис. 10.20

Рис. 10.21

ких образцовых сопротивлений. При измерении сопротивлений постоянному току мост питается постоянным напряжением в качестве индикатора баланса используется гальванометр магнитоэлектрической системы, а плечи моста образуются резисторами. При этом R, = = К,Кз/К2.

При питании моста переменным напряжением индикатором баланса могут служить головной телефон или милливольтметр переменного тока.

Для измерения сопротивлений R, < 1 Ом на постоянном токе применяют двойной мост (рис. 10.21). Баланс моста получают изменением сопротивлений образцовых резисторов R1, Rl, R2, R2 и R3. При точном выполнении условий R1 = Rl и R2 = R2 сопротивление резистора R, = (R1/R2)R3.

Для повышения чувствительности мост питают от мощного источника тока (обычно аккумулятора). Рабочий ток контролируют амперметром.

Измерение сопротивлений методом вольтметра

(рис. 10.22). Для определения сопротивления резистора R, вольтметром измеряют падения напряжений Uq и U, на образцовом Ro и измеряемом R, резисторах. Тогда R, = (UjUg) Kg.

Необходимое напряжение источника питания вычисляют по закону Ома с учетом сопротивления резистора Rq, предела измерения вольтметра и предполагаемого сопротивления резистора R,. Точность измерения зависит от класса точности вольтметра и образцового резистора. Необходимо соблюдение условий R > > R; R > > R так как погрешность измерения уменьшается с увеличением входного сопротивления вольтметра R .

Электромеханические цифровые омметры. Их

выполняют в виде автоматических мостов либо цифровых вольтметров с автоматически перестраиваемой цепочкой образцовых резисторов. Большим быстродействием обладают электронные омметры, использующие времяимпульсные методы. Цифровые вольтметры и омметры име-

ют много общих схемных узлов, что позволяет создавать комбинированные цифровые приборы - вольтомметры.

Основные характеристики некоторых омметров промышленного производства даны в табл. 10.12.

Таблица 10.12. Омметры

Радиолюбительские конструкции измерителей сопротивлений

Омметры, вьшолненные по схемам, изображенным на рис. 10.16, 10.17, обычно используются в составе комбинированных измерительных приборов, например ампервольтомметров. Популярностью у радиолюбителей пользуются простейшие мостовые измерители и омметры с равномерной шкалой.

Транзисторный омметр с линейной шкалой (рис. 10.23). Принцип работы омметра основан на независимости тока коллектора транзистора, включенного по схеме ОБ, от сопротивления коллекторной цепи. При параметрах компонентов, указанных на схеме, прибор позволяет измерять сопротивления в пределах от О до 25 кОм. Расширение пределов измерения возможно при изменении напряжения Uga, сопротивления резистора R1, напряжения источника питания или применении более чувствительного вольтметра PV (например, электронного вольтметра по схеме на рис. 10.15).