5-2. РЕЗИСТИВНЫЕ ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Резистивные преобразователи напряжения выполняются в зиде делителей напряжения (рис 5-1, а), если входным сигналом ИПМ является напряжение или в виде добавочных резисторов (рис. 5.1,б), если входным сигналом ИПМ является ток Коэффициенты преобразования такого преобразователя с учетом конечного значения входного сопротивления цепи напряжения ИПМ для схем рис. 5-1, а и б соответственно равны:

где :

Рис. 5-1

Рассмотрим относительную погрешность преобразования как функцию относительных погрешностей каждого из резисторов

Дифференцируя выражение (5-4) по и переходя к конечным приращениям, получим

где Преобразуем выражение (5-6), введя обозначение

При что обычно легко достигается с достаточной точностью,

Отсюда следует, что погрешность, вносимая отклонением сопротивления от номинального значения, в раз меньше погрешности или и при порядка ею можно пренебречь. Погрешность стремится к нулю при условии которое выполняется при попарном равенстве одноименных

составляющих погрешностей и увызванных нестабильностью резисторов во времени влиянием внешней температуры выделением теплоты в резисторе и реактивностью резистора Равенства обеспечиваются путем изготовления резисторов из высокостабильных материалов с равными например из одного листа манганиновой фольги или одной катушки провода. Исключение градиентов внешней температуры достигается расположением резисторов в массивном тепловыравнивающем кожухе. Равенство практически не реализуется, так как мощности, рассеиваемые в резисторах пропорциональны сопротивлениям, а намотка двух резисторов слоями на одном основании недопустима по соображениям реактивности. Эти погрешности уменьшаются только за счет использования резисторов со значительным запасом по мощности. Равенство частотных и угловых погрешностей резисторов, изготовленных по одной технологии, также не обеспечивается, так как их реактивность возрастает с ростом сопротивления вследствие влияния сосредоточенных и распределенных емкостей, шунтирующих резистор, монтажных емкостей, влияния экранов и т. д. В звуковом диапазоне частот при небольшой реактивности резисторов равенства достигаются с высокой точностью за счет коррекции частотной погрешности делителя путем шунтирования одного из резисторов конденсатором. Из сказанного следует, что все параметры делителя напряжения могут быть существенно улучшены по сравнению с параметрами входящих в него резисторов.

Относительная погрешность первичного преобразователя с добавочным резистором согласно выражению (5-5)

При

Погрешность преобразования в данном случае определяется суммой погрешностей и устраняется при условии Выполнение этого условия значительно сложнее, чем условия равенства погрешностей плеч делителя, так как и должны обладать противоположными знаками реактивности и нестабильности во времени, причем все составляющие должны быть в раз больше одноименных составляющих

На рис. 5-2, а - г представлены основные схемы многоступенчатых делителей напряжения. Особенностью таких делителей является то, что их погрешность преобразования включает в себя дополнительные составляющие, определяющиеся свойствами использованного в делителе переключателя, взаимным расположением резисторов делителя и монтажными емкостями. Основными из этих составляющих являются: погрешность от вариации контактного сопротивления погрешность от конечности сопротивления изоляции переключателя и дополнительные частотные и угловые погрешности и вызванные паразитными емкостями.

Разнообразие схем делителей напряжения объясняется как спецификой их использования, так и параметрами резисторов и переключателей.

По условиям согласования входа и выхода различаются делители с постоянным входным сопротивлением: с постоянным входным током: (где — напряжение, соответствующее пределу измерения), с постоянным выходным сопротивлением: или переменным сопротивлением При использовании делителей с постоянным входным сопротивлением методическая погрешность (§ 1-2) растет пропорционально пределу измерения напряжения, если ваттметр включен по схеме рис. 1-3,б. Делитель с постоянным входным током обеспечивает в тех же условиях постоянство что облегчает ее учет и коррекцию.

Согласование делителя со входом ИПМ в большинстве случаев требует постоянства выходного сопротивления делителя, так как при этом один раз для всех пределов учитываются шунтирующее действие сопротивления и систематическая составляющая погрешности, вызванной входным током ИПМ.

Рис. 5-2 (см. скан)

Многоступенчатый делитель, состоящий из одноступенчатых делителей с коммутируемыми напряжениями и (рис. 5-2, а), по своим параметрам максимально приближается к одноступенчатому делителю. Независимость звеньев делителя позволяет здесь выполнить любое из перечисленных требований к сопротивлениям допускает индивидуальную подгонку коэффициента каждого звена и независимую компенсацию погрешностей и емкостями . Если делитель выполнен с постоянным током то а выходное сопротивление звена

т. е. является функцией . Для обеспечения постоянства в цепи выходного коммутатора вводятся добавочные резисторы сопротивления которых определяются из выражения

Сопротивление утечки переключателя и его паразитные емкости не показанные на других схемах, в данном случае оказывают наименьшее влияние, так как токи, текущие через между общей точкой и контактами, к которым подключены звенья делителя, нагружают источник и не влияют на коэффициент рабочего звена. Погрешности определяются только величинами и между контактами . Дополнительная погрешность, вызванная вариацией контактного сопротивления определяется как Для большинства переключателей сопротивление составляет Ом. Учет его необходим при . Аналогичный делитель мог бы быть построен путем коммутации переключателем

заземленной шины источника, однако это привело бы к увеличению погрешности так как в этом случае .

С целью уменьшения габаритов делителя и сокращения количества дорогостоящих прецизионных резисторов часто используются упрощенные модификации многоступенчатого делителя с одним резистором (рис. 5-2,б) или одним резистором (рис. 5-2, в). Дополнительные резисторы, позволяющие получить постоянное выходное сопротивление, если это необходимо, на схемах не показаны. Схема с общим обеспечивает постоянство входного тока, а схема с общим — постоянство входного сопротивления. Подгонка значений коэффициента в данном случае производится только за счет изменения соответственно. Компенсация составляющих осложняется тем, что они должны быть одинаковы у всех резисторов коммутируемого плеча делителя и равны соответствующим составляющим погрешности общего резистора. Например, для компенсации частотной и угловой погрешностей в схеме с общим необходимо ввести дополнительный переключатель коммутирующий емкости подбираемые для каждого предела измерения. Влияние величин в этих схемах также возрастает, так как токи, текущие через суммируются с основными токами общих резисторов, что приводит к изменению коэффициента Влияние сопротивления наиболее существенно в схеме с общим если напряжение ивых снимается с зажима до переключателя . Для уменьшения этой погрешности используется трех-зажимное включение и выходное напряжение снимается с дополнительного переключателя коммутирующего потенциальные зажимы Вариация контактного сопротивления в этом случае относится к большому сопротивлению резистора

В некоторых случаях может оказаться целесообразным использование в качестве резисторов или магазинов сопротивлений.

В схеме рис. обеспечивающей постоянство входного тока, сопротивление выполнено в виде магазина сопротивлений, что позволяет распределить мощность, рассеиваемую в магазине сопротивлений между рядом резисторов и ограничить количество номинальных значений резисторов, используемых в делителе. Аналогичные результаты достигаются в схеме рис 5-2, д с постоянным входным сопротивлением, где представлены магазинами сопротивлений.

Подгонка коэффициента и компенсация погрешностей и таких делителей значительно сложнее, так как может производиться только последовательно от ступени к ступени и при этом изменение в одной ступени ведет к изменению во всех последующих.

При измерениях мощности в вьюокоомных цепях при повышенных частотах и малых существенное увеличение частотной и угловой составляющих методической погрешности обусловлено входной емкостью делителя напряжения, которая в основном определяется емкостью кабеля, связывающего цепь напряжения ваттметра с объектом измерений. Уменьшение влияния емкости кабеля достигается путем вынесения верхнего плеча делителя в пробник, расположенный на конце кабеля, подключаемого к источнику напряжения и путем эквипотенциального экранирования центральной жилы кабеля, как это показано на рис. 5-3. Этот кабель содержит два экрана: внешний, соединенный с корпусом экран и внутренний Внутренний экран соединен с выходом неинвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого равен единице. Если пренебречь частотной и фазовой погрешностями усилителя, то центральная жила кабеля и экран Эх эквипотенциальны, благодаря чему устраняется влияние емкости между ними.

Рис. 5-3