Прототип высокоточного измерительного преобразователя переменного напряжения

Оценка уровня электрических сигналов различной формы, таких как синусоидальные или прямоугольные, последовательности импульсов, случайные и др., чаще всего проводится по среднеквадратическому значению напряжения и коэффициенту амплитуды. Проведённый анализ позволил установить отсутствие серийно выпускаемых отечественных высокоточных измерительных преобразователей переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения, предназначенных, прежде всего, для применения в вольтметрах переменного тока и высокочастотных калибраторах напряжений. Целью работы являлась разработка, изготовление и экспериментальные исследования прототипа измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное для обработки синусоидальных сигналов с частотой от 1 кГц до 50 МГц и сигналов произвольной формы с коэффициентом амплитуды, равным 5. В статье описаны конструктивно-схемотехнические особенности созданного прототипа и результаты измерений его характеристик. Разработанный прототип содержит преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения с микросборкой термоэлектрического преобразователя, широкополосный усилитель с восьмикратным усилением, набор электронно коммутируемых масштабирующих усилителей напряжения с коэффициентом передачи, равным 1,36; 2,15; 4,7. Прототип позволяет преобразовать синусоидальный сигнал со среднеквадратическим значением напряжения в диапазоне от 4,7 мВ до 2 В и частотой от 1 кГц до 50 МГц в постоянное напряжение с погрешностью менее ± 4 %, а погрешность преобразования прямоугольного сигнала с коэффициентом амплитуды в диапазоне от 1 до 5 не превышает ± 0,2 %. Измеренная погрешность прототипа сравнима с погрешностью применяемых средств измерений, поэтому реальная погрешность прототипа, возможно, меньше. Кроме того, при уменьшении диапазона напряжений и/или частот регистрируемых сигналов погрешность измерительного преобразователя может быть минимизирована за счёт оптимального выбора коммутируемых масштабирующих усилителей.

1. Аминев А.В. Измерения в телекоммуникационных системах / А.В. Аминев, А.В. Блохин; под общей редакцией А.В. Блохина. – Москва: Издательство Юрайт, 2024. – 223 с.

2. Дворников О.В. Измерительный преобразователь напряжения произвольной формы для широкополосного вольтметра переменного тока / О.В. Дворников, В.Н. Бахур, А.Г. Бахир, В.М. Лозовский, В.А. Чеховский // Приборы и методы измерений. – 2024. – Т. 15, № 3. – С. 174–185. DOI: 10.21122/2220-9506-2024-15-3-174-185

3. Матвеев А.И. Разработка прецизионных средств измерений СВЧ мощности / А.И. Матвеев, А.В. Пивак, И.П. Чирков. https://mwelectronics.etu.ru/assets/files/623-627.pdf

4. Перепелкин В.А. Исследование волноводных прецизионных термоэлектрических преобразователей мощности миллиметрового волн / В.А. Перепелкин, И.П. Чирков, А.И. Матвеев // Альманах современной метрологии. – 2021. – № 2 (26). – С. 37–44.

5. Гуревич М.Л. Новые прецизионные комплекты преобразователей напряжения термоэлектрических ПНТЭ – 37 и результаты их испытаний / М.Л. Гуревич, А.В. Черемохин, В.И. Шевцов, Г.П. Телитченко // Законодательная и прикладная метрология. – 2018. – № 1. – С. 11–15.

6. Гуревич М.Л. Российские электротепловые и диодно-детекторные технологии для прецизионных измерителей переменных напряжений / М.Л. Гуревич, В.И. Шевцов // Законодательная и прикладная метрология. – 2018. – № 3. – С. 30–37.

7. Иванов С.А. Анализ состояния метрологического обеспечения эталонов переменного электрического напряжения до 30 МГц / С.А. Иванов, А.С. Катков, В.И. Шевцов // Эталоны. Стандартные образцы. – 2025. – Т. 21(2). – С. 136–144.

8. Коудельный А.В. Разработка комплекса аппаратуры для измерений мощности электромагнитных колебаний высшей точности в диапазоне частот от 78,33 до 118,10 ГГц / А.В. Коудельный, И.М. Малай, А.И. Матвеев, В.А. Перепелкин, И.П. Чирков // Альманах современной метрологии. – 2021. – № 2 (26). – С. 25–36.

9. Болмусов Ю.Д. Особенности построения высокочастотных калибраторов напряжения переменного тока. Методы измерений, разработка радиоизмерительной аппаратуры / Ю.Д. Болмусов, В.А. Мартынов // Альманах современной метрологии. – 2019. – № 2 (18) . – С. 171–179.

10. Болмусов Ю.Д. Поверка и калибровка широкополосных вольтметров переменного напряжения / Ю.Д. Болмусов, Д.К. Кожеватов, Ю.М. Лещенко, В.Е. Поляков // Главный метролог. – 2011. – № 6. – С. 31–35.

11. Дворников О.В. Конструктивно-схемотехнические особенности синтеза измерительных преобразователей напряжения / О.В. Дворников, В.Н. Бахур, А.Г. Бахир, В.М. Лозовский, В.А. Чеховский // Приборы и методы измерений. – 2025. – Т. 16. – № 1. – С. 35–46. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-1-35-46