Многодиапазонный вольтметр

СОК)3 СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 5 9) (11) 5 0 О 1 й 19/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКР ЫТИ Т ЕЛЬСТВУ ктрические измериерения. М.: Госэнер(71) Всесоюзный институт повышения квалификации руководящих и инженерно-тех нических работников в области стандартизации, качества продукции и мет рологии(56) Основы метрологии и электрические из мерения под ред, Е.М. Душина, Л.: Энерго атомиздат, 1987.В.О. Арутюнов. Элетельные приборы и иэмгоиздат, 1958, с. 98, рис(54) МНОГОДИАПАЗОН Изобретение относится к приборам для измерения напряжения электрического тока и преимущественно может быть использовано для измерений в электрических цепях с маломощным источником напряжения, а также в качестве вторичного прибора для измерения электрических сигналов первичных преобразователей, преобразующих неэлектрические величины в напряжение.Наиболее близким по своей технической сущности устройством является многодиапазонный вольтметр, содержащий первый коммутатор, измеритель и М последовательно соединенных резисторов, при этом первый вывод изглерителя является первым входом вольтметра, второй вывод измерителя соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с выводом первого неподвижного контакта первого коммутаторэ, второй вы(57) Использование; измерения в электрических цепях с маломощным источником напряжения, Сущность изобретения; вольтметр содержит два коммутатора 1 и 5, измеритель 2, М последовательно соединенных резисторов 3,1, 3,2, , З,М; Мшунтов 4,2; 4.3, , 4 Я, первые выводы всех шунтов объединены и соединены с первьил выводом измерителя 2, который является первым входом вольтметра, второй выводизмерителя 2 соединен с первым выводом резистора 3.1, второй вывод которого соединен с выводом первого неподвижного контакта 1,1 первого коммутатора 1, управляющие входы коммутаторов 1 и 5 объединены и соединены с управляющим входом вольтметра, 1 з. и. ф-лы, 3 ил. вод 1-го резистора (где= 1, 2 И) соединен с выводом 1-го неподвижного контакта первого коммутатора, вывод подвижного контакта которого является вторым входом вольтметра,Главным недостатком прототипа является наличие зависимости величины его входного сопротивления и, как следствие, наличие методической погрешности измерений. от диапазона измерения из-за изменения величины добавочного сопротивления при переключении диапазона измерения.Действительно, методическая погрешность измерений определяется формулой вида где В - сопротивление участка цепи с измеряемым напряжением;ра; Вв - входное сопротивление вольтметВпгнд - действительное значение внутреннего сопротивления первичного преобразователя, вырабатывающего измеряемое напряжение (далее по тексту "первичный генератор напряжения"),Изменение диапазона измерения вольтметра производится переключением добавочных сопротивлений, что вызывает в прототипе соответствующее изменение входного сопротивления вольтметра. Подстановка в выражение (1) переменной величины сопротивления Вв вызывает, в свою очередь, скачкообразное изменение величины методической погрешности в зависимости от диапазона измерения (см, фиг. 2) и не позволяет обеспечить одинаковую за. даннуюточность измерений для всехдиапазонов измерения.Целью изобретения является сохранение заданной точности измерений во всех диапазонах измерений вольтметра путем обеспечения независимости методической погрешности от диапазона измерений.Указанная цель достигается тем, что в прототип дополнительно введены второй коммутатор и Кшунтов, при этом первые выводы всех шунтов объединены и соединены с первым выводом измерителя, второй вывод )-го шунта соединен с выводом -го неподвижного контакта второго коммутатора, вывод подвижного контакта которого соединен со вторым входом многодиапазонного вольтметра, управляющие входы обоих коммутаторов обьединены и соединены с управляющим входом вольтметра, при этом величина сопротивления первого резистора определяется по формулеВд 1 = Впгнр - Ви (2) где Впгнр - расчетное значение сопротивления обьекта контроля;Ви - сопротивление измерителя, а сопротивление шунтов определяется выражениемВШ 1 = фОкВш - , (3) где) = 2, ЗМ; кроме= 1;=);.4 - конечное значение -го диапазона измерения;по - ток полного отклонения измерителя,Схема заявленного устройства изображена на фиг. 1, где обозначено; первый коммутатор 1, при этом его неподвижные контакты имеют обозначения 1.1, 1.2, ., 1., а подвижный контакт - 1,П; измеритель 2; М последовательно соединенных резисторов 3.1, 3.2, ., З.й; Ишунтов 4.2, 4.3,., 4.М; второй коммутатор 5, при этом егонеподвижные контакты имеют обозначения5 5.1, 5,25.К, а подвижный контакт - 5.П.На фиг, 2 и 3 - графики, иллюстрирующие работу вольтметра.Измеритель 2, как и в прототипе, можетбыть выбран из любой измерительной сис 10 темы, например магнитоэлектрической системы. Его ток полного отклонения по иконечные значения напряжения каждого - го диапазона измерения определяется задачей измерения и могут быть найдены, как15 и в прототипе, либо по методике, изложенной, например, в источнике, либо непосредственно измерением этих параметровпрототипа.Первый и второй коммутаторы 1 и 520 идентичны по своей функциональной схеме.Реализация этой схемы на любой элементной базе не влияет на достижение цели изобретения, т. е, вид элементной базыкоммутаторов не содержит существенных25 признаков. Управляющие входы коммутаторов могут быть выполнены как и управляющий вход вольтметра в виде поворотноговала механической передачи угла поворотамногоконтактного переключателя или в ви 30 де кнопок кнопочного многоконтактного переключателя, либо в виде управляющихсхем электронных переключателей, приэтом вид исполнения управляющего входане влияет на достижение цели.35 Конструкция резисторов 3,1, 3.2 З.Ми шунтов 4.2, 4.3, ,4,И также не существенна для достижения цели изобретения, нозначения их сопротивлений должны выбираться с учетом выражений (2) и (3),40 Устройство работает следующим образом,Пусть подвижные контакты 1.П и 5.Пкоммутаторов 1 и 5 установлены с помощьюуправляющего входа вольтметра соответст 45 венно в положения 1.1 и 5,1, при этом входное сопротивление вольтметра будетравно Вв = Ви+ Вд 1 или с учетом выражения (2)Вв = Ви+(Впгнр- Ви)= Впгнр.При переключении вольтметра в -ый50 диапазон измерений входное сопротивление вольтметра станет равным выражениюследующего вида:Вв В +В,) = +1, =1,2 М (4)Ви + Вшгде Ви = Ок/по, а остальные обозначениятакие же как в выражении (3). В этом случаевыбор значения сопротивления шунта в соответствии с выражением (3) обеспечиваетравенство входного сопротивления В, 1758566вольтметра сопротивлению Япгнр на всех диапазонах измерений, Данный факт подтверждается аналитически путем подстановки выражения (3) в выражение (4) и последующих эквивалентных преобразований выражения (4), т, е, обеспечивается выполнение равенства следующего вида:Яв = Впгнр (5) Подстановка этого значения сопротивления в выражение (1) показывает, что методическая погрешность измерений на всехдиапазонах измерений будет определяться выражением видад -Во/Япгнр1 + Яо Япгнр + Во 7 Япгнди, поскольку величины Яо, Япгнр, Впгнд являются постоянными в каждом диапазоне измерений вольтметра, то методическая погрешность будет такке постоянной на всех диапазонах, Уровень этой погрешности может быть выбран путем выбора значения сопротивления Япгнр.Прототип имеет еще один недостаток, который состоит в изменении чувствительности измерительной цепи первичный преобразовательь-многодиапазонный вольтметр из-за изменения КПД этой цепи при переключении диапазонов измерений,Действительно, чувствительность 8 ц цепи определяется выражением:Яц = 8 пгнд ов 1 б) где Япгнд, Яв - чувств. тельность соответственно первичного генератора напрякенил и вольтметра;у - КПД измерительной цепи, определяемое выражениемРвР)Вв + ЯпгндИзменение величины сопротивления Яв приводит к изменению КПД цепи и, как следствие, вызывает изменение эквивалентной чувствительности вольтметра,Для устранения этого недостатка в заявленном устройстве дополнительно предложено выбирать величины сопротивления первого резистора и шунтов из условия равенства расчетного и действительного значений сопротивления обьекта контроля, т. е. из условия Япгнр = Япгнд.Действительно, при соблюдении указанного равенства КПД в соответствии с выражением (5) станет равным своему максимальному значению, т. е, равна 0,5, следовательно эквивалентная чувствительность вольтметра (Бв) будет равна максимально возможной величине 0,5 Яв,Сохранение заданной точности измерений на всех диапазонах измерений упрощает эксплуатацию многодиапазонного 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вольтметра за счет устранения повторений расчетов методической погрешности длл каждого из диапазонов измерений.Повышение чувствительности вольтметра обеспечивается повышением КПД измерительной цепи.Полученные полезные эффекты особенно резко проявляются в таких измерительных цепях, в которых вольтметр подключается либо к маломощному источнику напряжения, либо к первичному преобразователю неэлектрических величин, вырабатывающему напряжение, например к термапаре. Для таких первичных генераторов напрякения характерны относительно малое значение чувствительности и резкал зависимость КПД от величины нагрузки, которой в данном случае является сам вольтметр.Формула изобретения 1, Многодиапазонный вольтметр, содержащий первый коммутатор, измеритель и М последовательно соединенных резисторов, при этом первый вывод измерителя являетсл первым входом вольтметра, второй вывод измерителя соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с выводом первого неподвижного контакта первого коммутатора, второй вывод 1-го резистора (где 1 =-1, 2, М) соединен с выводом 1-го неподвижного контакта первого коммутатора, вывод подвижного контакта которого явллется вторым входом вольтметра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сохранения заданной точности измерения во всех диапазонах измеряемых напряжений путем обеспечения независимости методической погрешности от диапазона измерений, в него дополнительно введены второй коммутатор и Йшунтов, при этом первые выводы всех шунтов объединены и соединены с первым выводом измерителя, второй вывод)-го шунта соединен с выводом)-го неподвижного контакта второго коммутатора, вывод подвижного контакта которого соединен с вторым входам многодиапазонного вольтметра, управляющие входы обоих коммутаторов обьединены и соединены с управляющим входам вольтметра, при этом величина сопротивления первого резистора определяется па ФормулеЯд 1 Впгнр Ягде Япгнр - расчетное значение сопротивления объекта контроля;Ви - сопротивление измерителя, а сопротивление шунта апределлется выражением:Вш 1 = оо1758566 ля. 4 Кщ Ок Ок 1 и Впгир где-2, Зй,= , кроме= 1,О- конечное значение -го диапазона измерения,по - ток полного отклонения измерите 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения чувствительности многодиапазонного вольтметра,величины сопротивлений резисторов и шун 5 тов выбираются из условия равенства расчетного и действительного значенийсопротивления объекта контроля,.й;г, -Составитель В. Данилов Редактор Е. Егорова Техред М.Моргентал Корректор + Ревская Заказ 2997 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101