IMG�49 (2)

częstotliwości (przy dużej częstotliwości dioda „przepuszcza prąd zmienny”). Takie zjawiska będą leź utrudniać uzyskanie odpowiedniej dokładności

Błąd dopuszczalny multimetrów o przetworniku prostownikowym dla funkcji pomiaru napięcia zmiennego nie bywa mniejszy niż dziesiąta część procentu w paśmie częstotliwości od 50 Hz do 20 kHz W większym paśmie częstotliwości błąd dopuszczalny takich multimetrów bywa jeszcze większy

Skutki cieplne prądu elektrycznego są podstawową - jak dotąd - zasadą fizyczną, na której buduje się analogowy pomost - transfer¹ - pomiędzy skutecznym napięciem zmiennym o dowolnym przebiegu a odpowiadającym mu (równoważnym) napięciem stałym. Jest bowiem tak, że mamy - jak wiemy - kwantowy wzorzec napięcia stałego (napięcie Josephsona) i potrafimy bardzo dokładnie mierzyć napięcie stałe Wiemy, że równoważna wartość napięcia skutecznego odpowiada wartości napięcia stałego obliczonej wg definicyjną zależności (3.26), a potrzeba wprowadzenia tej zależności wynikła z energetycznych skutków prądu zmiennego. Tak więc na zasadzie cieplnego zjawiska prądu elektrycznego • jakby w naturalny sposób - rozwiązuje się problem przejścia od napięcia zmiennego do napięcia stałego, równoważnego co do wartości skutecznej napięciu zmiennemu Mierząc otrzymane w ten sposób napięcie stałe wyznaczamy odpowiadającą mu wartość skuteczną napięcia zmiennego. Można inaczej powiedzieć, że zjawisko cieplne prądu elektrycznego jest podstawową zasadą analogowego wyznaczania zależności (3.26), definiującej napięcie skuteczne.

Wiemy, Ze moc elektryczna powstająca w rezystorze o stałej wartości R, na którym występuje napięcie chwilowe u, w każdej chwili wynosi . Moc średnią otrzymamy

całkując moc chwilową względem czasu przez czas jednego okresu i dzieląc wynik całkowania przez okres. Wyznaczając moc średnią wykonujemy więc równoważne działania, które zawarte są w zależności (3.26), czyli możemy zapisać znaną zależność na moc elektryczną wydzielaną na rezystorze jako P , gdzie U oznacza już napięcie skuteczne Temperatura 9, do którą nagrząe się rezystor w niezmiennych warunkach odprowadzenia ciepła, jest proporcjonalna do mocy, a więc 0^m kP *    = SU*, czyli temperatura jest

proporcjonalna do kwadratu napięcia skutecznego k i S są współczynnikami proporcjonalności, przy czym S może mieć sens czułości przetwornika, jeżeli zależność zinterpretujemy jako równanie przetwarzania przetwornika kwadratu napięcia skutecznego na temperaturę Pozostałoby jeszcze rozwiązać problem przejścia od temperatury do napięcia stałego, żeby uzyskać poszukiwany „pomost” między napięciem skutecznym i napięciem stałym Rozwiązuje się to najczęściej za pomocą zjawiska termoelektrycznego, wykorzystywanego jako zasada budowy termometrów elektrycznych¹. Inny sposób rozwiązania problemu jako całości, czyli przejścia na zasadzie cieplną od napięcia skutecznego do równoważnego napięcia stałego, przedstawiono schematycznie na rys 3 28b, gdzie funkcję ..termo-metrów elektrycznych” spełniają tranzystory, użyte w odpowiednim układzie.

Na przetwornik jako transfer składają się dwa elementy przetwornikowe Qi i Q₂,. Na każdy element przetwornikowy składa się tranzystor i umieszczony w jego sąsiedztwie rezystor, spełniający funkcję grzejnika w stosunku do tranzystora Oba elementy przetwor-

Taki układ (przyrząd), który zapewnia realizację napięcia stałego (natężenia prądu stałego) rf> no ważnego danemu skutecznemu napięciu zmiennemu (skutecznemu natężeniu prądu zmiennego) ze znaną i dużą dokładnością jest w miernictwie nazywany transferem napięcia zmiennego na napięcie stale ³ Zjawisko termoelektryczne polega na tym, że na styku (złączu) dwu różnych metali powstaje SEM prądu stałego, gdy styk (złącze) ma inną temperaturę niż Izw wolne końce tych metali, inaczej i praktyczniej -SEM jest proporcjonalna do różnicy temperatur między temperaturą złącza i temperaturą wolnych końców

ntkowe umieszczone są we wspólne) obudowie, Uk zęby zapewnić jednakowe warunlu chłodzenia, a równocześnie, Zęby cieplnie na siebie me oddziaływały Fizycznie każdy element przetwornikowy z osobna i łącznie jako całość wykonane są technologią mikro i adiustowane laserowo, tak Zęby zapewnić praktycznie identyczność ich wykonania, a tym samym identyczne właściwości cieplno-elektryczne Technologia mikro umożliwiła równocześnie zmniejszenie cieplnych stałych czasowych, co oznacza krótki czas reakcji układu elektrycznego na zmiany cieplne w obwodach elektrycznych Jest to - obok dokładność -znaczące osiągniecie takie) technologii, ponieważ w tradycyjnym wykonaniu potrzebny byłby długi czas oczekiwania na ustalony wynik (przy dużej dokładności czas taki jest rzędu minut).

Tranzystory elementów przetwornikowych Qi i Qj wraz z odpowiednimi rezystorami tworzą mostek zasilany napięciem stałym, a napięcie z przekątną tego mostka podane jest na wejście wzmacniacza. Układ „w stanie spoczynku” jest zrównoważony elektrycznie i na wyjściu wzmacniacza - a więc po stronie prądu stałego - napięcie wynosi zero Gdy na wejście przetwornika Qi doprowadzone zostanie napięcie zmienne U, i przez rezystor-grzejnik (elementu przetwornikowego Qi) popłynie prąd, to jego temperatura wzrośnie i temperatura tranzystora również Na skutek podgrzania rezystancja tranzystora zmieni się, równowaga mostka zostanie naruszona Powstanie na przekątnej mostka napięcie nierównowagi mostka, które wzmocnione trafi na wyjście wzmacniacza Napięcie z wyjścia wzmacniacza, które jest równocześnie napięciem wyjściowym transferu, doprowadzone jest do grzejnika drugiego elementu przetwornikowego (Qj). Temperatura tego grzejnika wzrośnie i pośrednio temperatura odpowiadającego mu tranzystora Mostek będzie dążyć do równowagi, a przy bardzo dużym wzmocnieniu wzmacniacza oba tranzystory i oba grzejniki będą miały jednakową temperaturę. Oznacza to, Ze napięcie zmienne U, i napięcie stale na wyjściu wzmacniacza (i wyjściu transferu) dają ten sam skutek cieplny, a to oznacza, Ze otrzymane napięcie stałe jest równoważne napięciu skutecznemu U_x.

Mimo zastosowania oryginalnego rozwiązania i nowoczesną technologu przetwornik jako taki nie okazał się wystarczająco dokładny - wykazał błędy na poziomie dziesiątych części procentu w podstawowym paśmie częstotliwości. Miał natomiast bezsporne zalety wynikające z automatycznie równoważonych obwodów prądu stałego i zmiennego oraz krótki czas odpowiedzi na wynik pomiaru Jednak dopiero zastosowanie przetwornika w odpowiedniej procedurze realizowaną w zmikroprocesorowanym multimetrze umożliwiło poprawienie jego dokładności do poziomu nieosiągalnego (w swoim czasie) w innych konstrukcjach multimetrów

Do realizacji procedury korekcyjnej w układzie na rys. 3.28b służy obwód z układem próbkująco-pamiętającym (P-P). Istota procedury polega na tym, ze w pierwszym kroku wynik przetwarzania napięcia skutecznego na napięcie stale me tylko mierzy się cyfrowo i zapamiętuje wynik cyfrowy, ale również niezależnie napięcie to utrwala się (zapamiętuje analogowo) w układzie P-P Następnie w drugim kroku odłączane jest napięcie zmienne od grzejnika Qi i do tego grzejnika przyłączane jest napięcie stałe, zapamiętane w układzie P-P (realizuje się znaną nam ogólnie metodę podstawienia!) W drugim kroku na wyjściu przetwornika otrzymuje się na ogół nową wielkość napięcia stałego, którą wartość mierzy się cyfrowo i też zapamiętuje Napięcie na wyjściu przetwornika w pierwszym kroku procedury (gdy grzejnik Qi jest grzany prądem zmiennym) i napięcie w drugim kroku (gdy grzejnik Qi jest grzany prądem stałym z układu P-P) byłyby równe, gdyby element przetwornikowy Qi był doskonały, tzn. dokładnie tak samo reagowałby na skuteczne napięcie zmienne, jak i na odpowiadające mu „równoważne" napięcie stałe Niestety, okazuje się, że tak nie jest Otrzymuje się inny cyfrowy wynik pomiaru napięcia, a różnica świadczy o istnieniu błędu Dwa różne wyniki cyfrowego pomiaru napięcia na wyjściu z transferu wykorzystano do wyliczenia wyniku skorygowanego, co jest możliwe przy zało-

175