книги / Специальные методы электрических измерений

половине вторичной обмотки трансформатора Тр2. Та­ ким образом, схема, изображенная на рис. 3-13, пред­ ставляет собой управляемый двухполупериодный вы­ прямитель.

В схеме рис. 3-14 управляющее напряжение попере­ менно открывает диоды Д 2Д\ или Д 1Д 3. Каждое из про­ тивофазных напряжений сигнала и —11х) создает ток, проходящий через открытые диоды, заряжающий соответствующий конденсатор (С\ или С2) и замыкаю­ щийся через источник Уо на второй зажим С!х. При этом

Рис. 3-44.	Рис.	3-15.
зарядный ток одного из конденсаторов	('т.	е. лишь по­

ловина тока сигнала, прошедшего через диод) проходит через измеритель. За второй полупериод сигнала 11х зарядный ток вновь проходит по измерителю в том же направлении. Таким образом, и- здесь происходит двухполупериодное выпрямление сигнала.

Управляемые выпрямители на вакуумных диодах могут быть построены по тем же схемам, что и на полупроводниковых вентилях. С помощью трех- и много­ электродных ламп могут быть осуществлены различные схемы, работающие как при переменном напряжении на анодах (синхронное питание), так и при постоянном. Представителем первой группы (схемы с синхронным питанием) может служить выпрямитель, показанный на рис. 3-15. В результате действия на анодах ламп про­ тивофазного опорного напряжения, а на сетках — син­ фазного напряжения сигнала образуются геометриче­ ская сумма и разность напряжений Vо и {У*, которые прикладываются к анодным цепям лампы. Такая схема

требует довольно высокого опорного напряжения, что не всегда удобно (особенно на повышенных частотах). Используя смесительные лампы, можно это напряжение резко понизить.

Значительное распространение в качестве управляе­ мых ламповых цепей получили так называемые ключе­ вые. Примером простейшей цепи подобного рода может служить приведенная на рис. 3-16. При отсутствии опор­ ного сигнала С/о рабочие точки ламп Л [у Л2 находятся

на середине линейных участков динамических характе­ ристик и схема уравновешена по постоянному току. Опорное напряжение периодически запирает ламповый усилитель, на сетки которого измеряемый сигнал 1!х подается в противофазах. В результате происходит син­ хронное выпрямление. Потребление мощности из управ­ ляющей цепи является недостатком этой схемы. Этот недостаток легко устранить, если в схеме рис. 3-16 вме­ сто диода применить в цепи управления триод, рабо­ тающий в режиме катодного повторителя (рис. 3-17). Управляющее напряжение подается здесь на сетку ка­ тодного повторителя (Л3). При положительном его полу.периоде лампы Л< Л2 запираются и сишал'Н'е может воздействовать на измеритель. При отрицательном полупериоде Vо лампа Л3 заперта и лампы Л и Л2 'работают #ак обычный усилитель. Вследствие периодического за-

•пнрани-я ламп Л ь Л 2 схема работает как синхронный вы­ прямитель.

Рассмотрим еще одну управляемую схему рис. 3-18 на полупроводниковых триодах, получающих в послед­ нее время все более широкое распространение.

Чтобы уяснить принцип действия этой схемы, нужно прежде всего обратить внимание на то, что она состоит из двух одинаковых ключевых схем. Рассмотрим работу триодов Т\ и Т2. Их эмиттеры и базы соединены парал­ лельно. К ним приложено управляющее напряжение, так чт.о оба триода одновременно могут быть заперты или открыты. Если оба триода заперты, то сопротивле­ ние между коллекторами составляет несколько мегом. При изменении полярности управляющего напряжения

Рис. 3-18.

триоды отпираются и сопротивление ключевой схемы падает до нескольких ом. Следует заметить, что такая ключевая схема симметрична по отношению к поляр­ ности коммутируемого напряжения.

Приведенная схема работает как двухполупериодиый выпрямитель, в котором поочередно открываются тоодин4.(Гь Т2), то, другой (73, Г4) ключ. Она аналогична двухполупериодному выпрямителю, в основе которого лежит поляризованное электромеханическое реле. В отличие от последнего триодная схема может рабо­ тать не только в диапазоне звуковых частот, но и на повышенных частотах.

Рассмотрим теперь несколько конкретных схем нулевых указа­ телей.

На рис. 3-19 показана схема указателя, выходным устройством которой служит электронный индикатор настройки. Высокая чувст­

вительность обеспечивается здесь благодаря значительному усилению сигнала и высокой разрешающей способности электронного индика­ тора. Для ослабления влияния гармоник и помех первый каскад собран по схеме резонансного усилителя. Регулировка чувствитель­

ности производится с помощью двух ручек:	потенциометров # 1 и
Я 12. При действии сигнала на сопротивлении	появляется выпрям­

ленное напряжение и смещение на сетке Л а уменьшается, что приво­ дит к расширению темного сектора. Порог чувствительности указа­ теля /-^20 лиев.

На рис. 3-20 приведена схема выпускаемого отечественной про­ мышленностью нулевого осциллографического указателя типа ИНО-ЗМ. В дополнение к трубке в указателе предусмотрено также включение телефона Т на выходе лампы Л л. В приборе имеются два усилителя: четырехкаскадный квазирезонансный для вертикального отклонения и двухкаскадный апериодический для горизонтального отклонения. Первые две лампы усилителя по вертикали включены по реостатно-емкостной схеме. Смещение на сетку Л 2 подается с детек-

Рис. 3-20.

тора АРУ	(#24), работающего	по схеме с	задержкой, снимаемой
с # 27. Между лампами парафазного каскада			(Л3, Л А) включен мост
Вина, составленный из <#14, #22 и цепочек С10_				14# 15_16, С|6_2(>#2о_21.
На сетку	Л А сигнал подается	с части анодного		сопротивления	пре­
дыдущего	каскада # 17. С диагонали моста,		верхняя вершина		кото­

рого через Я м соединена по переменному току с землей, на сетку Л ъ (по цепи С7—<#ю_п) подается напряжение обратной связи. На ча­ стоте квазирезонанса мост сбалансирован и напряжение отрицатель­ ной обратной связи (ООС) равно нулю. При этом усилитель имеет максимальный коэффициент усиления. На частотах, отличающихся от квазирезонапсной, вводится ООС, и выходное напряжение, пода-

'Д Г-Ц Ч

Р.ис. 3-21.

ваемое с анодов Л э, Л4 на пластины вертикального отклонения, па­ дает. Переключателем емкостей частота квазирезонанса может быть

установлена	равной		50, 80, 400, 800 и 1 000 гц. С помощью сопро­
тивлений #	16,	#20	производится подстройка частоты в пределах
±5% каждого		номинала.

Канал горизонтального усиления собран по парафазной схеме, обеспечивающей симметричное питание пластин трубки. Подводя на вход горизонтального усилителя вспомогательное напряжение, мож­ но уравновешивание измерительной схемы вести по наблюдению эл­ липса. В обоих каналах указателя предусмотрена плавная ручная регулировка усиления. Усиление горизонтального усилителя можно менять, кроме того, скачком (выключатель К ). На всех рабочих ча­ стотах указатель обладает чувствительностью не ниже 100 м кв на 1 мм отклонения луча. Затухание второй гармоники не ниже 20 дб. Входное сопротивление не ниже 0,25 Мам.

На рис. 3-21 приведена			схема	нулевого	указателя, примененно­
го в измерителях		емкостей.	Указатель собран по			схеме	квази-
резоианспого усилителя с двойным Т-образным #С-мостом							в цепи
ООС. Обратной связью охвачен второй каскад					усиления	(Л 2). С ано­
да Л 2‘	напряжение	поступает	на	выходной	катодный	повторитель
(Лза),	нагруженный	на Т-образный мост. С выхода моста напряже-

гше ООО поступает на второй катодный повторитель ( Л ъо) и затем на сетку Л 2. Со стороны выхода мост работает в режи­ ме холостого хода. Такая схе­ ма является одной из лучших

квазирезонаноных						схем.
	В		качестве				выходного
устройства в				указателе				приме­
нен		стрелочный					измеритель,
включенный				на	выходе детек­
тора,		собранного					по	парал­
лельной			схеме.		Выпрямленное
напряжение,				получаемое					на
Д15,		используется				для		автома­
тической			регулировки					усиле­
ния,		охватывающей					оба	усили­
тельных			каскада.				Начальное
смещение подается							на Л \		и Л 2
с	сопротивления					Д п , стоящего
в	цепи		общего		отрицательного
полюса.
	В указателе предусмотрена
возможность				изменения				часто­
ты		настройки			(50		и 1	000 гц)
включением				соответствующего
фильтра.

Схема одного из указате­ лей, чувствительных к фазе, приведена на рис. 3-22. Осно­ вой -указателя является коль­ цевая схема. Измеряемый сиг­ нал после фазоинверсии («/7,) подается на сетки катодных повторителей (Л 2, Л 3) и далее на кольцевую схему, собран­ ную на диодах типа Д2-Е. Управляющее напряжение пос­ ле двустороннего ограничения ограничителем на лампе Л 5, собранным по схеме с катод­ ной связью, поступает на ка­ тодный повторитель (Л 4) и да­ лее на сопротивление Н н . Это напряжение поочередно откры­ вает диоды Дь Д3 и Д2, Д \ и обеспечиваеттаким образом периодическое изменение про­ водимости схемы. Последова­ тельно с диодами введены тер­ мостабилизирующие сопротив­ ления. Этим повышается устой­ чивость нуля схемы при изме­ нениях температуры.

Таковы некоторые примеры практически применяю­ щихся нулевых указателей, использующих электронные лампы. Очевидно, что эти примеры отнюдь не исчерпы­ вают многообразия возможных вариантов, которым по­ священа самостоятельная литература.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА

4-1. ВИДЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ; ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Большинство измерительных установок состоит из собственно измерительного контура, указателя нуля (или измерителя для неуравновешенных схем) и, нако­ нец, некоторого количества вспомогательных приспособ­ лений, которые не включаются непосредственно в изме­ рительный контур, но необходимы для нормальной ра­ боты измерительного устройства. Роль и характер этих приспособлений изменяются как в зависимости от самой измерительной схемы, так даже и в зависимости от тре­ бований, предъявляемых к одной и той же схеме: чув­ ствительности, допустимой погрешности и пр.

Измерительный контур в зависимости от выбранного метода и схемы собирается из образцовых мер и мага­ зинов мер, свойства которых разобраны в гл. 2. Указа­ тели нуля и гальванометры описаны в гл. 3. Теперь же необходимо познакомиться с вспомогательной аппара,- турой и ее свойствами.

Рассматривая вспомогательную аппаратуру измери­ тельных установок, мы должны в первую очередь позна­ комиться с источниками питания постоянного и пере­ менного тока, без которых, естественно, не может рабо­ тать ни одна установка. Затем широкое распростране­ ние в измерительной практике получили вспомогатель­ ные усилители-— главным образом переменного, но изредка и постоянного тока. К вспомогательной аппа­ ратуре могут быть отнесены также некоторые измери­ тельные устройства, являющиеся побочными, не само­ стоятельными. Главным образом это относится к прибо­ рам для измерения частоты, анализа формы кривой, но иногда могут требоваться вспомогательные измерения

токов, напряжений и других величин. Наконец, вспомо­ гательными принадлежностями являются различные устройства для регулирования* тока и напряжения (рео­ статы, регулируемые трансформаторы и пр.). В даль­ нейшем мы более подробно рассмотрим только первые две группы — источники питания и усилители, сделав, однако, несколько общих замечаний относительно вспо­

могательной	аппаратуры вообще.
Основное требование, предъявляемое нами к вспомо­
гательной	аппаратуре, — максимальная	надежность,

безотказность в работе и простота в управлении. Особо следует подчеркнуть необходимость устойчивости режи­ ма этих устройств.

Указанные требования относятся главным образом к источникам питания и усилителям. Что касается вспо­ могательной измерительной аппаратуры, то при выборе ее следует подходить критически к вопросу о допусти­ мой погрешности. Очевидно, что вообще никогда не сле­ дует применять методику и аппаратуру, более точную (а следовательно, более сложную и дорогую), чем это действительно необходимо. В особенности же это отно­ сится к выбору вспомогательной измерительной аппара­ туры, погрешность которой без всякого ущерба для дела может быть заметно больше, чем это допустимо для основной аппаратуры.

Поясним это на примере. Допустим, что нас интере­ сует изменение емкости конденсатора в зависимости от частоты в звуковом диапазоне частот, примерно от 50 до 10 000 гц. При этих условиях можно ожидать, что интересующее нас относительное изменение емкости бу­ дет не больше 1—2% от номинальной величины. Сле­ довательно, чтобы обеспечить погрешность в измерении этой относительной величины всего в 1%, мы должны выбрать метод, гарантирующий погрешность при изме­ рении абсолютного значения емкости порядка 0,01— 0,02%- С другой стороны, частота, также подлежащая измерению, изменяется в 200 раз. Очевидно, что если мы и частоту также будем измерять с погрешностью в 0,01%, то это будет совершенно бессмысленной тра­ той сил и времени.

Погрешность устройства для измерения частоты по­ рядка 1—2% даст нам в конечном счете вполне удовле­ творительный результат.

С другой стороны, можно представить себе случай, когда измерение частоты является основным, решаю­ щим измерительным процессом, например исследование устойчивости частоты генераторов переменного тока. Очевидно, что потребуется применение несравненно бо­ лее совершенной измерительной методики, обеспчивающей во много раз более низкую погрешность.

Таковы общие требования, которые мы вправе предъявить вспомогательной аппаратуре, участвующей в измерительных процессах.

4-2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Первое и основное требование, которому должны удовлетворять источники питания постоянного тока, это постоянство их э. д. с. Поэтому для 'питания измеритель­ ных цепей большое распространение получили аккуму­ ляторные батареи. Сухие элементы, которые также обладают весьма устойчивой э. д. с., являются основ­ ными источниками питания передвижных измеритель­ ных устройств, а в последнее время все больше приме­ няются и в лабораторной измерительной практике. Выпрямители получили преимущественное распростра­ нение для питания вспомогательных цепей и все шире начинают применяться (в комплекте со стабилизатора­ ми) для питания и основных цепей измерительных

установок. Машинные генераторы			являются источника­
ми питания лишь в специальных случаях.
В современной	электротехнике получили широкое
распространение	д ва т ипа	и	а к к у м у л я т о р о в ;
к и с л о т н ы е ( с винцовые)			щ е л о ч н ы е (ж е­

л е з о - н и к е л е в ы е и к а д м и е в о - н и к е л е в ы е ) . Щелочные аккумуляторы обладают значительно боль­ шей механической и электрической прочностью; они довольно легко переносят форсированные режимы эксплуатации, небрежную транспортировку, не боятся кратковременных коротких замыканий. Их среднее на­ пряжение при разряде 1,2 в. Однако они обладают одной особенностью, которая заставляет для целей.измеритель­ ной практики решительно отдавать предпочтение кис­ лотным аккумуляторам. Речь идет о форме кривой раз­ ряда аккумулятора. Дело в том, что при разряде щелоч­ ного аккумулятора его э. д. с. падает хотя и не очень