Комбинированный измерительный прибор

Прибор включает в себя частотомер и измеритель емкости.

Частотомер имеет десять пределов измерения: 0,1, 0,5; 1; 5; 10; 50; 100; 500; 1000 и 2000 кГц. Погрешность не более 5%. Входное сопротивление прибора при изме рении сигнала напряжением от 0,1 до 10 В — 50 кОм, при измерении сигнала напряжением от 3 до 3000 В — 1,8 МОм. Форма сигнала измеряемой частоты—любая. Постоянная составляющая сигнала не должна превышать 150 В.

Измеритель емкости имеет пять пределов измерения: 50; 100; 1000; 10 000 и 100 000 пФ. Погрешность измерений зависит в основном от точности калибровочных конденсаторов и микроамперметра, используемого в качестве отсчетного прибора.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 1, а блока питания — на рис. 2. Общими для измерителей частоты и емкости являются: микроамперметр ИП1, переключатель пределов измерений В2, ручка калибровки (переменных резисторов R17 и R43), переключатель В1 Калибр.— работа, переключатель питания ВЗ (см. рис. 2).

В блоке питания два выпрямителя с выходными напряжениями 4,5 и 5,6 В. При включении частотомера переключателем ВЗ питание на транзисторы Т6—Т9 (вывод 4) не подается.

В основу работы частотомера положен конденсаторный метод измерения частоты. Исследуемый сигнал подается на один из входных зажимов (напряжения 0,1—10,0 В или 3—300 В).

Ограниченный диодами Д1 и Д2 по амплитуде сигнал поступает на вход четырехкас-кадного усилителя-ограничителя, собранного на транзисторах Т1—Т4, где происходит устранение зависимости показания прибора от амплитуды напряжения измеряемого сигнала. С коллектора транзистора ТА прямоугольные импульсы постоянной амплитуды через конденсатор С6 и резистор R16 подаются на базу транзистора Т5, работающего в режиме электронного ключа. Во время отрицательного полупериода транзистор Т5 открыт и через микроамперметр ИП1 течет ток заряда одного из конденсаторов С9—С18, отклоняя стрелку прибора на угол, соответствующий измеряемой частоте. При положительном полупериоде транзистор Т5 закрывается и конденсатор разряжается, минуя микроамперметр ИП1. В это время накопительные конденсаторы С7 и С8 удерживают стрелку прибора до прихода следующего отрицательного импульса.

Режим работы транзисторов 77—Т4 устанавливают подбором резисторов R4, R7, R11 и R14. Резисторы R5, R8, R12 и R15 являются нагрузкой цепей коллекторов транзисторов. Диоды Д3—Д7 обеспечивают разряд конденсаторов СЗ, С4, С5 и Сб. Резисторы R6, R10, R13, R16 защищают диоды Д4—Д7 от пробоя током заряда конденсаторов С3—Сб. Диоды Д10 и Д11 устраняют нелинейность показаний микроамперметра. Подстроечными резисторами R29—R38 более точно градуируют шкалу каждого предела измерений.

Частотомер калибруют колебаниями частотой 100 Гц, снимаемыми с выпрямительного моста на диодах Д17— Д20 блока питания, для чего переключатель В1 устанавливают в положение Калибр.. При этом контактами В1а замыкают накоротко вход частотомера, контактами В1б подключают цепочку резисторов R19, R29 к диодам Д9—Д11, а контактами Ble — конденсатор С9 к коллекторной цепи транзистора Т5. Таким образом частотомер переводится на первый предел измерений, на котором и производят калибровку. Сигнал частотой 100 Гц поступает на вход усилителя-ограничителя через конденсатор С37 и контакты Bid. Переменным резистором R17 Калибр. стрелку микроамперметра ИП1 устанавливают на конечную отметку шкалы, переключатель В1 переводят в положение Работа, и прибор готов к измерению частоты.

Частотомер можно калибровать и от внешнего источника переменного напряжения. В этом случае переключатель В1 устанавливают в положение Работа, а калибрующий сигнал подают на соответствующий вход прибора.

Схема мультивибраторного измерителя емкости прибора заимствована из журнала Радио (1974, № 5, с. 57). Мультивибратор, собранный на транзисторах Т6 и Т9, генерирует импульсы отрицательной полярности, близкие по форме к прямоугольным. Длительность импульсов и пауз между ними определяется сопротивлением последовательно соединенных резисторов RS9, R40, резистора R46 и емкостями времязадающих конденсаторов, например емкостями конденсаторов С24 и С28 на первом пределе измерений. Транзисторы Т7 и Т8, включенные по схеме эмиттерных повторителей, согласуют высокое выходное сопротивление мультивибратора с относительно малым сопротивлением рамки микроамперметра ИП1. Постоянная составляющая тока, протекающего через измерительный прибор, пропорциональна разности между длительностями импульсов и пауз между ними. В случае их равенства сила тока, протекающего через миллиамперметр, равна нулю. Конденсаторы С19—С23 — калибровочные.

Детали комбинированного измерительного прибора скомпонованы на трех печатных платах, выполненных из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

На одной из них (размерами 210X100 мм) смонтированы усилитель и электронный ключ частотомера, на другой (95X95 мм) —диоды Д9—Д11 и резисторы R19-R38 частотомера, на третьей (210X100 мм) —элементы измерителя емкости и блока питания. Будучи прикрепленными к П-образным стойкам, они образуют три стен-

ки каркаса ( рис. 3), закрываемого металлическим кожухом. Микроамперметр, входные зажимы и коммутирующие элементы монтируют на передней лицевой панели прибора.

Внешние размеры прибора 235X110X140 мм.

Микроамперметр (ИП1), использованный в комбинированном измерительном приборе, типа М24, рассчитан на силу тока полного отклонения стрелки 50 мкА. Переключатель пределов измерения В2 типа 10П5Н, переключатели В1, ВЗ и В4 — П2К. Переменный резистор R39 типа СП-1, R17 и R43 — сдвоенный ПП-3, подстроечные резисторы R29—R38 — типа СПО-0,5, постоянные резисторы — типа МЛТ и УЛМ. Конденсаторы — типа КСО, КТК, МБМ, К50-6.

Трансформатор Tp1 блока питания имеет магнитопровод Ш16Х22; обмотка I содержит 2640 витков провода ПЭВ-1 0,21, обмотка II — 70 витков провода ПЭВ-1 0,25, обмотка III — 45 витков такого же провода. Между первичной и вторичными обмотками сделан электростатический экран в виде незамкнутого витка из полосы медной фольги.

Налаживание начинают с установки рекомендуемых режимов транзисторов T1—Т4 усилителя-ограничителя частотомера. Транзистор Т5 не требует подгонки режима. Затем переключатель В2 устанавливают на первый предел измерения, движки резисторов RI7 и R29—R38 устанавливают в среднее положение, а резистор R19 временно заменяют переменным резистором. На вход прибора подают сигнал частотой 100 Гц. Переменным резистором RI9 и подбором конденсатора С9 стрелку микроамперметра ИП1 устанавливают на конечное деление шкалы. Измерив сопротивление введенной части переменного резистора R19, его заменяют постоянным резистором близкого номинала и более точно устанавливают стрелку прибора на конечное деление шкалы подстроенным резистором R29. Аналогично градуируют остальные пределы измерения.

Некоторую нелинейность показаний прибора устраняют подбором диодов Д10—Д11. Хорошо налаженный частотомер при изменении напряжения сигнала образцового генератора от 0,1 до 300 В не должен давать погрешности более 5%.

Приступая к налаживанию измерителя емкости, по осциллографу проверяют наличие генерации мультивибратора на всех пределах измерения. После этого попарным уравниванием емкостей времязадающих конденсаторов на всех пределах (С24 и С28, С25 и С29, С26 и CS0, С27 и С31) добиваются установки стрелки прибора по возможности ближе к нулевой отметке шкалы при среднем положении движка резистора R39. Затем переключатель В1 ставят в положение Калибр. и переменным резистором R43 устанавливают стрелку микроамперметра ИП1 на последнее деление шкалы, причем переменный резистор R43 должен обеспечивать отклонение стрелки прибора до последнего деления на всех пределах измерения.

Коротко о работе с измерителем емкости. Перед измерением переключатель B1 устанавливают в положение Работа, а В2—в положение, соответствующее выбранному пределу измерений. Переменным резистором R39 Уст.0 устанавливают стрелку прибора на нулевую отметку шкалы. Затем производят калибровку: переключатель В1 устанавливают в положение Калибр. и переменным резистором R43 стрелку прибора устанавливают точно на последнее деление шкалы. После этого переключатель В1 переводят в положение Работа и производят измерения.