Методические указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по дисциплине метрология, стандартизация и сертификация для студентов всех направлений бакалавриата

Детектор среднего квадратического значения – преобразователь переменного напряжения в постоянное, пропорциональное корню квадратному из среднего квадрата мгновенного значения напряжения. Это значит, что измерение среднего квадратического значения напряжения связано с выполнением трех последовательных операций: возведение в квадрат мгновенного значения сигнала, усреднение и извлечение корня из результата усреднения (извлечение корня обычно осуществляют при градуировке шкалы вольтметра). Возведение в квадрат осуществляется полупроводниковой ячейкой, используя квадратичный участок ее характеристики; иногда этот участок аппроксимируют искусственно (начальный квадратичный участок вольт-амперной характеристики полупроводникового диода имеет, как правило, малую протяженность, поэтому эту часть удлиняют искусственно, по методу кусочно-линейной аппроксимации). Магнитоэлектрический прибор, включённый в выходную цепь квадратичного преобразователя (рис. 2.3), измеряет постоянную составляющую (среднее значение) выходного напряжения преобразователя. Показание прибора пропорционально среднему квадратическому значению входного напряжения, и оно практически не зависит от его формы.



Рис. 2.3. Детектор среднего квадратического значения
При конструировании приборов среднего квадратического значения возникает целый ряд трудностей, в том числе и с обеспечением широко частотного диапазона. Однако эти приборы позволяют измерять напряжения любой сложной формы.
Детектор средневыпрямленного значения (линейный детектор) – это устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения. Детектор средневыпрямленного значения должен выполнять операцию нахождения модуля измеряемого сигнала с последующим интегрированием в соответствии с определением средневыпрямленного значения (2.3). Вольт-амперная характеристика такого детектора должна иметь линейный участок в пределах диапазона входных напряжений. Примером подобного преобразователя может служить двухполупериодный выпрямитель с магнитоэлектрическим усредняющим прибором. Наиболее распространенными являются мостовые схемы (рис. 2.4), в которых ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении, в течение обоих полупериодов переменного напряжения. Отклонение стрелки микроамперметра при использовании линейного участка характеристики выпрямителя пропорционально средневыпрямленному значению напряжения, подводимого к преобразователю: . Эта зависимость имеет место при любой форме измеряемого напряжения.

Рис. 2.4. Детектор средневыпрямленного значения

Характеристики указанных диодов не имеют строго линейного участка, как это требуется условиями преобразования. Начальный участок характеристики близок к квадратичному. Поэтому будет иметь место погрешность, которая будет тем меньше, чем ближе к линейной будет характеристика диода. Для улучшения линейности вольтамперной характеристики в диагональ моста последовательно с резистором включают такой резистор , сопротивление которого намного больше сопротивления открытого диода. В этом случае зависимость прямого тока от напряжения будет близка к линейной. Уменьшение чувствительности, которое будет при включении , можно компенсировать введением дополнительного усиления. Шкалы вольтметров, содержащих детекторы средневыпрямленных значений, градуируют в средних квадратических значениях синусоидального тока. Поэтому при измерении среднеквадратических значений напряжения не строго синусоидальной формы с помощью вольтметра, содержащего детектор средневыпрямленного значения, будет возникать погрешность.
Выполнение измерений и оценка погрешностей связаны с необходимостью определить с помощью любого вольтметра значение любого параметра напряжения при несинусоидальной форме сигнала. Показания вольтметров отличаются от тех параметров, на которые реагируют их детекторные преобразователи, в зависимости от значений вводимых градуировочных коэффициентов. Градуировочный коэффициент С устанавливает соответствие между действительно измеряемым параметром А и показанием прибора А_п . Градуировочная характеристика записывается в виде: