Электрические вольтметры (ЭВ) бывают неизменного и переменного тока, универсальные.

Вольтметры разделяются на группы:

· В1 – калибратор;

· В2 – неизменная тока;

· В3 – переменная;

· В4 – импульсный;

· В5 – фазочувствительный;

· В6 – селективный;

· В7 – универсальный;

· В8 – измеритель дела и разности;

· В9 – преобразователи напряжения;

По механизму работы и устройства бывают: прямого преобразования и уравновешенного. 1-ые обыкновенные, но наименее четкие, 2-ые труднее, но существенно поточнее.

Электрические вольтметры систематизируют по последующим признакам:

· по методу измерения - приборы конкретной оценки и сопоставления;

· по предназначению – приборы неизменного, переменного, импульсного напряжений, универсальные и селективные;

· по нраву измеряемого напряжения – амплитудные (пиковые), действующего и среднего напряжений;

· по частотному спектру – низкочастотные и высокочастотные.

Электрические вольтметр неизменного тока состоят из входного устройства (ВУ), усилителя неизменного тока (УПТ), измерительного механизма (ИМ).

Рис. 4.1 Структурная схема электрического вольтметра неизменного тока.

Измеряемое напряжение неизменного тока поступает на входное устройство, представляющее собой многопредельный высокоомный резисторный делитель напряжения. Сигнал с ВУ поступает на вход УПТ, который кроме функции усиления сигнала согласует высочайшее выходное сопротивление ВУ с малым сопротивлением рамки - делителя входного напряжения ИМ магнитоэлектрической системы. Входное сопротивление ЭВ составляет 10-ки мегаом, что понижает его воздействие на объект измерения.

При измерении слабеньких сигналов начинается сказываться дрейф УПТ, потому в электрических микровольтметрах исключают УПТ, неизменный ток конвертируют при помощи модулятора в переменный и употребляют усилитель переменного напряжения.

Рис. 4.2 Структурная схема электрического вольтметра неизменного тока с модуляцией сигнала.

ВУ – входной делитель, предназначен для согласования с нагрузкой (с источником сигнала);

~У – усилитель переменного тока для измерения слабеньких сигналов;

УПТ – усилитель неизменного тока, характеризуется дрейфом нуля, что ограничивает измерение сверхмалых сигналов;

ИМ – устройство отображения;

М - ДМ – модулятор – демодулятор сигнала;

Г – генератор;

Недочетом усилителей переменного тока является зависимость показаний от частоты сигнала.

Спектр измеряемых напряжений составляет от микровольт до тыщи вольт; классы точности – 1,5; 2,5, шкала линейная.

Электрические вольтметры переменного тока употребляются для измерения переменного напряжения, изменяющегося в широком спектре по амплитуде и частоте (до гигагерц).

Структурная схема ЭВ может содержать выпрямитель (В), что позволяет значительно расширить частотный спектр измеряемого сигнала.

Рис. 4.3 Структурные схемы электрических вольтметров переменного тока.

Элементная база современных ЭВ базирована на использовании полупроводниковых устройств микроинтегрального выполнения.

Обширно употребляются универсальные электрические вольтметры, созданные для измерения разных характеристик электронной цепи неизменного (переменного) тока: и др. Такие устройства содержат внутри себя ряд дополнительных блоков, модифицирующих измеряемый параметр в напряжение, которое потом измеряется.

Рис. 4.4 Структурная схема универсального электрического вольтметра.

Импульсные вольтметры употребляются для измерения импульсных сигналов (амплитуды наибольшего значения) различной формы с высочайшей скважностью (= 2500, где - период, - продолжительность сигнала).

Принцип их работы основан на заряде конденсатора от стабилизированного источника и поддержание измеряемого сигнала постоянным во времени на уровне, соответственном наибольшему его значению. Для этого употребляют усилители с ООС.

Рис. 4.5 Структурная схема импульсного электрического вольтметра и его временные диаграммы.

Спектр измерений по частоте у устройств данного типа составляет 20 Гц…1 ГГц, по напряжению 100 мВ…1000 В, класс точности 4,0…10,0. Недочетом прибора является зависимость показаний от формы сигнала.

Селективные электрические вольтметры созданы для измерения действующих значений напряжений отдельной гармонической составляющих сигналов (повторяющихся сигналов).

Механизм работы таких устройств основан на выделении отдельных гармоник из сигнала, к примеру, при помощи перестраиваемого полосового фильтра либо использования принципа гетеродина. Употребляются также безфильтровые способы спектрального анализа сигнала, в том числе, с внедрением цифровой обработки сигналов.

Необходимо учесть, что безупречных фильтров и усилителей не существует, что приводит к искажению передаваемого сигнала, к погрешности его измерений.

Технологически комфортно использовать не отдельные фильтры на каждую гармонику, а устройство, состоящее из смесителя сигналов (СМ), получаемых от фильтра полосовой частоты (УПЧ) и перестраиваемого генератора (Г). Перемножая эти сигналы, можно выделить (для гармонических сигналов) сигналы с разностной и суммарной частотами.

Рис. 4.6 Структурная схема селективного электрического вольтметра.

ИМ – измерительный механизм;

ВУ – входной усилитель;

СМ – смеситель частот;

УПЧ – усилитель промежной частоты.

При соблюдении условия , получим суммарный сигнал на выходе смесителя в виде:

= (4.1)

При помощи УПЧ выделяют и усиливают сигнал разностной частоты, соответственный огибающей биения колебаний , потом его детектируют и определяют.

Плюсы: употребляется один фильтр (полосовой) разностной частоты и один перестраиваемый генератор.