Измерение напряжений и сопротивлении электронными приборами

Электронные вольтметры второй группы имеют гораздо большую чувствительность, они позволяют производить измерение пepeменных напряжений от долей милливольта и выше. Высокая чувствительность их достигается благодаря значительному усилению из меряемого переменного напряжения перед по дачей его на детектор. Обычно применяют широкополосные усилители, которые обеспечивают работу приборов в определенном диапазоне частот.

Помимо стрелочных, применяются также цифровые электронные вольтметры, которые, отличаются повышенной точностью из-за отсутствия субъективных погрешностей, быстродействием и получением результата измерения непосредственно в виде числа.

Вольтметр универсальный ВК7-9

Прибор (рис. 3-1) предназначен для измерения постоянного и переменного напряжений, а также сопротивления постоянному току.

Основные технические характеристики

1. Пределы измерения:

постоянного напряжения — 0,03...500 В (на восьми диапазонах: . 0.03..0,3; 0,03...1; 0.03...3; 0.03...10;

Для измерения переменных напряжений низкой и высокой частот широко применяются электронные вольтметры. Достоинство их по сравнению с приборами других систем заключается в том, что они имеют большое входное сопротивление, высокую чувствительность, мало потребляют энергии от измеряемой цепи и не боятся перегрузки.

Электронные вольтметры содержат делители напряжения, детекторы и усилители. Различают две группы таких вольтметров: детектор — усилитель постоянного тока и усилитель переменного напряжения — детектор. Построение схемы и последовательность расположения узлов прибора определяют его свойства, технические характеристики и возможности применения. Так, приборами первой группы измеряют переменные напряжения в очень широком диапазоне частот (от десятков герц до нескольких сотен мегагерц) и постоянные напряжения, которые подаются непосредственно на вход усилителя постоянного тока. К недостаткам этой группы приборов относится их невысокая чувствительность, так как детектор эффективно выпрямляет переменное напряжение, начиная с 0,1 ...0,3 В.

0,03...30; 0.03...100; 0,03...300; 0.03...1000 В), с делителем ДН-1 могут быть расширены до 20 кВ; переменного напряжения —0,1...100 В в частотном диапазоне 20 Гц...700 МГц и 100..1 000 В в частном диапазоне 20 Гц...300 МГц (на семи диапазонах: 0Д...1; 0Д...З; 0Д...10; 0Д...30; 0,1...100; ОД... 1000 В);

сопротивления постоянному току —10 Ом...1000 МОм (на пяти диапазонах: 0.01...0Д; 0Д...10; 10...100; 1000...10 000; 100 000...1 000 000 кОм).

2. Погрешности измерения:

постоянного напряжения — не более ±2,5%, с делителем ДН-1 —не более ±6%; переменного напряжения — не более ±4% на низкочастотном входе в диапазоне частот 20 Гц... 1 МГц на пределах 1, 3, 10, 30, 100 В и не более ±6% в диапазоне частот 20 Гц... 2 кГц на пределах 300, 1000 В; не более ±4% при работе с высокочастотным пробником в диапазоне частот 20 кГц ...100 МГц и не более ±6% в диапазоне частот 100 ...700 МГц; не более ±6% при работе с высокочастотным пробником и делителем ДН-2 в диапазоне частот 20 кГц...300 МГц и не более ±10% в диапазоне частот 2...20 кГц;

сопротивления постоянному току — не более ±4% на пределе Х100 МОм и не более ±2,5%—на остальных пределах.

Активное входное сопротивление при измерении постоянного напряжения — не менее 15 МОм (с делителем ДН-1 — не менее. 800 МОм), при измерении переменного напряжения на частоте 1000 Гц — не менее ЗМОм (при работе с пробником на частоте 100 МГц — не менее 50 кОм, с делителем ДН-2 на этой же частоте — не менее 100 кОм).

Входная емкость прибора — не более 20 пФ (при измерении через входные клеммы), не более 1,8 пФ (при работе с высокочастотным пробником) и не более 4 пФ (при работе с делителем ДН-2).

Волновое сопротивление тройникового перехода — 75 Ом, коэффициент стоячей волны (К.СВ) в диапазоне частот 100...700 МГц —не более 1,3.

Прибор питается от сети переменного тока напряжением 220 В ±10% частотой 50 ±0,5 Гц и 115 В ±3% или 220 В±3% частотой 400 Гц. Время прогрева —15 мин с момента включения прибора.

Потребляемая мощность — не более 26 В-А.

Прибор работоспособен при температуре окружающей среды —30.., + 50°С и относительной влажности до 80 % при температуре +20 °С.

Изменение показаний прибора, вызванное колебанием температуры окружающей среды в пределах от +20 ±5° С до —30° С и +50° С,—не более половины погрешности прибора на каждые 10° С изменения температуры.

Схема прибора

Структурная схема прибора ВК7-9 (рис. 3-2) состоит из высокочастотного пробника, низкочастотного диодного детектора, усилителя постоянного тока с индикатором, цепи омметра, источника питания, делителя напряжения ДН-2 к высокочастотному пробнику, делителя напряжения ДН-1 и тройникового перехода ТП-2, причем два последних элемента поставляются заводом-изготовителем только по требованию заказчика.

Выносной высокочастотный пробник (рис. 3-3) предназначен для измерения переменного напряжения непосредственно у источника напряжения. В качестве детекторной лампы используется высокочастотный диод VI типа 6Д13Д. Детектор собран по параллельной схеме и имеет на входе разделительный конденсатор С1, который заряжается подводимым напряжением до амплитудного значения. Разрядный ток этого конденсатора поддерживает постоянным напряжение на нагрузке детектора R1 в моменты отрицательного полупериода синусоиды. Небольшие по размерам разделительный конденсатор С1 и резистор R1 обеспечивают малую входную емкость пробника, снижая тем самым частотную погрешность прибора.

Низкочастотный диодный детектор служит для измерения напряжений переменного тока в диапазоне частот 20 Гц... 1 МГц. Вход детектора выведен на лицевую панель прибора стандартными клеммами. Схема этого детектора такая же, как и высокочастотного. Разделительный конденсатор С6 имеет большую емкость — 0,015 мкФ. Для измерения напряжений выше 100 В (пределы 300 и 1000В) на выход низкочастотного детектора включен делитель, состоящий из резисторов R3... R7 и входного сопротивления детектора RBX. Частотный диапазон измерения напряжений на этих пределах составляет 20 Гц... 2 кГц. Для корректировки частотной погрешности прибора в состав делителя введены конденсаторы СЗ ... С5. В целях компенсации начального тока диодов VI и V2 при измерении переменных напряжений на вход усилителя постоянного тока подается компенсационное напряжение около 0,5 ... 1,2 В, которое снимается с делителя R39, R40 на выходе электронного стабилизатора накала диодов и первой лампы усилителя. С помощью потенциометра R39 компенсационное напряжение регулируется в пределах, достаточных для установки стрелки индикатора на нулевой отметке его шкал.

Усилитель постоянного тока выполнен на двойных триодах V3 типа 6Н2П и V4 типа 6Н16Б по балансовой схеме, отличающейся от обычных схем усилителей включением в катодные цепи вторых каскадов газоразрядных стабилизаторов напряжения V5 и V6 типа СГ202Б, обеспечивающих высокую стабильность работы усилителя при изменении напряжения сети без применения специальных стабилизирующих устройств для стабилизации высокого напряжения.

Усилитель в целом охвачен отрицательной обратной связью, т. е. его выходное напряжение подается на вход, куда поступает и входное напряжение. Баланс моста (установка нуля индикатора) осуществляется с помощью потенциометра R49, ручка которого выведена на лицевую панель прибора. Измеряемое постоянное напряжение на пределах измерения 0,3; 1; 3; 10 и 30 В подается непосредственно на сетку второго триода лампы V3.

Входной делитель напряжения, состоящий из резисторов R10... R14, на всех пределах измерения напряжений постоянного тока определяет входное сопротивление прибора, равное 16,56 МОм. При работе на пределах 100, 300 и 1000 В измеряемое напряжение ослабляется соответственно в 3,3; 10 и 33 раза, так что максимальное напряжение, поступающее на сетку второго триода лампы V3, не превышает 30 В.

В качестве индикатора Р1 используется микроамперметр, полное отклонение стрелки которого соответствует току 100 мкА. Шунт R58 и потенциометр R60, а также система добавочных резисторов R29... R32 (используются при измерении постоянных напряжений), резисторов R22...R28, R33 и R34 (используются при измерении переменных напряжений), резисторов R35 и R36 (используются при измерении сопротивлений) служат для точной установки границ шкал на всех пределах измерения.

Цепь омметра прибора ВК7-9 состоит из электронного вольтметра, комплекта образцовых резисторов R15... R21 и источника напряжения, в качестве которого используется электронный стабилизатор накала первой лампы усилителя и диодов.

прибора.

Источник питания прибора содержит трансформатор Т, однополупериодный выпрямитель на диоде V9 для питания анодных цепей усилителя постоянного тока и электронный стабилизатор на транзисторах V13 ... V15 для питания накала первой лампы усилителя и диодов VI, V2, используемый также в качестве источника напряжения в цепи омметра и источника напряжения для компенсации начального тока диодов VI, V2. Регулирующим транзистором в стабилизаторе является триод V13, потенциометром R45 устанавливается режим работы стабилизатора, а потенциометром R42 — его выходное напряжение.

Делитель напряжения ДН-2 к высокочастотному пробнику выполнен в виде насадки на пробник. Оба плеча делителя емкостные: верхнее образует конденсатор С13, емкость которого регулируется изменением расстояния между пластинами с помощью винта. Одна из пластин конденсатора С14 нижнего плеча соединена с корпусом делителя и при измерении заземляется. Коэффициент деления делителя 1 :10.

Делитель напряжения ДН-1 (рис. 3-4, а) представляет собой делитель на резисторах. Коэффициент деления делителя (1 : 200) регулируется с помощью потенциометра R65.

Тройниковый переход ТП-2 (рис. 3-4, б) представляет собой отрезок коаксиальной линии со встроенным диодом и волновым сопротивлением 75 Ом.

Работа с прибором

При работе с прибором необходимо соблюдать следующие правила:

1. Рекомендуется работать с заземленным прибором. Если используется внешний делитель напряжения ДН-1, то защитное заземление должно быть подведено к трем точкам измерительной цепи: к корпусу измеряемого источника, к корпусу или защитному кольцу делителя и к клемме Земля прибора ВК7-9. При измерении напряжений выше 1000 В при этом должны строго соблюдаться все правила техники безопасности. Работа должна производиться с применением резиновых ковриков и перчаток.

Если используется делитель переменного напряжения ДН-2, присоединять его к пробнику и снимать делитель при поданном на него напряжении запрещается. Измерение постоянных напряжений заземленного источника следует производить при отключенном пробнике.

Необходимо помнить, что одновременное нажатие всех клавишей переключателя вида работы ведет к неисправности прибора.

При измерении переменных напряжений, подаваемых на низкочастотный, вход прибора, с заземленными прибором и источником измеряемого напряжения во избежание порчи аппаратуры заземленная клемма источника должна быть соединена с общей клеммой (крайняя правая) прибора ВК7-9, а при использовании пробника — с корпусом пробника.

Обе входные клеммы прибора, используемые при измерении постоянных напряжений, изолированы от его корпуса. Это позволяет производить измерение напряжения между любыми точками исследуемой цепи, не нарушая работы последней, при условии, что потенциал в измеряемой точке цепи относительно заземленного корпуса прибора не превышает 500 В.

При измерении сопротивлений на измеряемый объект подается постоянное напряжение 6 В.

Для проверки механического нуля прибора в процессе работы выключать прибор не следует; достаточно не включать клавиши.

Прибор может работать в горизонтальном положении, но для этого нужно откорректировать его механический нуль.

Питание прибора напряжением 115 В разрешается только при частоте тока 400 Гц.

Для подготовки прибора ВК7-9 к работе нужно:

1. До включения его в сеть присоединить заземление к клемме Земля на лицевой панели прибора.

Проверить правильность установки предохранителя в положение, соответствующее напряжению сети. Предохранитель должен быть установлен таким образом, чтобы в прорези его держателя виднелись цифры, указывающие на напряжение питающей сети.

Подключить кабель питания к сетевой розетке и поворотом ручки тумблера S7 в положении ВКЛ. включить прибор. О его включении свидетельствует свечение сигнальной лампочки Н.

, Затем переключатель пределов измерения перевести в положение 1 V, нажать клавишу U~ и ручкой Уст. 0 ~1 V установить стрелку на нулевую от метку шкалы ~1 V. Перед установкой ну-, ля клеммы 0,3—500 V и 1—100 V закоротить.

Для измерения постоянных напряжений следует пользоваться щупами, придаваемыми к прибору. Специальный щуп g резистором служит для выполнения измерений в высокочастотных цепях, например на контурах. В целях уменьшения влияния руки щуп рекомендуется держать за рукоятку по возможности дальше от контактной иглы. Дополнительная погрешность при измерении со щупом— около 2%. Для измерения постоянных напряжений с использованием делителя ДН-1 заземленный полюс предварительно обесточенного источника напряжения нужно соединить с одним из заземляющих проводов делителя; второй заземляющий провод, клемму Земля прибора ВК7-9 и корпус источника напряжения — надежно заземлить, чтобы исключить смертельную опасность для работающего с прибором. Измерение напряжения на другом полюсе источника можно производить непосредственно штырем делителя: (путем касания или присоединения к полюсу делителя с помощью имеющегося крючка при выключенном источнике напряжения). Перед этим переключатель пределов измерения следует установить в требуемое положение и подключить к клеммам 0,3—500 V вилку делителя таким образом, чтобы штеккер с обозначением + был соединен с клеммой, обозначенной +, после чего нажать клавишу + U.

Для измерения переменных напряжений низких и звуковых частот также можно пользоваться щупами; для измерения же высокочастотных напряжений следует использовать пробник. Максимальное, измеряемое пробником, напряжение—100 В. Частотная погрешность измерения гарантируется лишь при подаче высокочастотного напряжения непосредственно на пробник.

При использовании тройникового перехода он должен быть присоединен к прибору ВК7-9 с помощью разъема. Перед началом работы переключатель пределов измерения необходимо установить в положение 1 V, вход перехода закоротить и после минутного прогрева ручкой Уст. 0 ~ 1 V добиться установки стрелки индикатора на нулевую отметку шкалы ~1 V.

После этого вход перехода нужно открыть, переключатель пределов измерения перевести в требуемое положение, а переход включить в разрыв линии передачи. Если КСВ этой линии (к_с.в) известен, то наибольшая погрешность измерения (%) за счет КСВ может быть определена по формуле

где l — электрическая длина линии между точкой включения прибора и точкой присоединения нагрузки; λ —длина волны, на которой производится измерение.

Для измерения сопротивлений необходимо нажать клавишу r_x переключатель пределов измерения установить в требуемое положение и ручкой Уст. ∞ добиться установки стрелки индикатора на отметку ∞ шкалы Ω. Закоротив входные клеммы r_x ручкой Уст. О, выведенной под шлиц, стрелку индикатора установить на нулевую отметку шкалы Ω. После этого подключить к прибору измеряемое сопротивление и произвести отсчет показания.