где R - сопротивление нагревателя постоянному току; гради-ус нити; [.I - магнитная проницаемость нити; у -удельная про-" водимость материала нити при ее рабочей температуре. Приведенная формула справедлива при AR/R<1,0. Обычно нагревателем служит тонкая нить. Поэтому погрешность от влияния поверхностного эффекта, пропорциональная радиусу нити в четвертой степени, проявляется или на очень высоких частотах, или в тех случаях, когда нагреватель или его выводы выполнены из ферромагнитного материала. Например, у термопреобразователей ТВБ-3 и ТВБ-4 выводы выполнены из коваровой проволоки диаметром около 0,5 мм. Б результате погрешность термопреобразователя за счет поверхностного эффекта в выводах нагревателя может достигать 0,3% уже при частоте 1 МГц.

Погрешности, обусловленные реактивностью нагревателя.

Часть входного тока проходит через емкость С между электродами, к котором приварен нагреватель, и минует последний. Кроме того, нагреватель и электроды обладают индуктивностью L. Емкость С обычно колеблется от нескольких десятых долей пикофарады до нескольких пикофарад, а индуктивность / лежит в пределах 10--10" Гн.

Таким образом, резонансная частота нагревателя fo= = 1/(2 Tt]/"LC) колеблется от 2-10» до 2-10» Гц. .

Частотная погрешность квадратора, обусловленная реактивностью нагревателя, составляет 1% при частоте, приблизительно в 10 раз меньшей, чем частота резонанса [30]. Для уменьшения токов утечки между электротепловым преобразователем и кор-1,пусом ПСЗН используют экраны.

Рассмотрим схему высокочастотного преобразователя напряжения, разработанного во ВНИИМ [75]. Схема состоит из бесконтактного термопреобразователя Т и добавочного резистора R, соединенных последовательно и смонтированных по оси металли-!ческого цилиндрического экрана Э (рис. 3.13). В качестве доба-"вочного сопротивления следует выбирать резисторы, имеющие ми-f нимальные остаточные реактивности и малые постоянные вре-* мени, например высокочастотные металлопленочные резисторы без нарезки на резисторной пленке. Последняя существенно увеличивает емкостную составляющую сопротивления резистора. . В качестве термопреобразователей могут быть использованы вакуумные бесконтактные термоэлектрические преобразователи с выводами нагревателей из молибденовой проволоки или воздушные многоэлементные термоэлектрические преобразователи ТЭМ, разработанные во ВНИИМ. ,

Номинальное значение напряжения преобразователей может изменяться от 0,5 до 20 В в зависимости от величины резистора R. Их частотная погрешность в зависимости от предела измерения по напряжению составляет (0,02-0,05%) на частоте 10 МГц и возрастает пропорционально квадрату частоты.

Частотная погрешность умножителей и квадраторов, выпол-

Рис. 3.13. Высокочастотный преобразователь напряжения

ценных на основе полупроводниковых схем в интегральном исполнении, в лучшем случае равна 0,057о при частотах порядка 100- 300 кГц. Исключение составляют квадраторы на полевых транзисторах, работающих в диодном режиме. Частотная погрешность таких квадраторов сравнима с частотной погрешностью электротепловых (треобразователей [76]. Достоинство квадраторов на полевых транзисторах состоит в высокой чувствительности и надежности, а недостаток - в сравнительно большой погрешности от неквадратичности. В результате при использовании таких квадраторов в ПСЗН погрешность преобразования существенно возрастает при резко искаженной форме кривой входного сигнала.

Принципы построения масштабных преобразователей, предназначенных для работы в широком диапазоне частот, и примеры их реализации подробно описаны в § 4.3.

Влияние формы кривой входного сигнала на погрешность ПСЗ. Точность измерения напряжения с резко искаженной формой кривой определяется характеристиками блоков ПСЗН, предшествующих ФНЧ, и особенностями структуры преобразователя.

Ряд периодических сигналов искаженной формы, например последовательность прямоугольных или треугольных импульсов, имеют бесконечный спектр и, хотя амплитуды гармоник такого спектра в большинстве случаев интенсивно убывают с ростом порядкового номера гармоники [77], узлы ПСЗН, предшествующие фильтру, должны иметь широкий рабочий диапазон частот, а коэффициент их передачи не должен зависеть от формы кривой входного сигнала. В § 1.4 показано, что в этом случае наиболее целесообразно применение квадраторов на электротепловых элементах, у которых наряду с широким рабочим диапазоном частот зависимость между количеством теплоты, рассеиваемом в нагревателе за один период протекающего по нему тока, зависит именно от СЗ этого тока.

Для измерения сигналов с резко искаженной формой кривой наиболее подходят схемы 1, 2, 6, 9, 16-19 (см. табл. 1.1). Степень искаженности формы кривой часто оценивают с помощью коэффициента амплитуды /(а, под которым понимают отношение максимального значения сигнала к его СЗ. При сильных искажениях сигналы в блоках, предшествующих ФНЧ, выходят за пределы рабочих диапазонов, что приводит к резкому возрастанию погрешностей преобразования. Нетрудно убедиться, что для схем 5 и 13 (табл. 1.1) допустимый коэффициент амплитуды Каё вход-S4

[ОГО напряжения Ux связан с величиной этого напряжения заоп-имостью вида

.•де /Са ном - допустимый коэффициент амплитуды при номинальном значении входного напряжения Uxhom-

Для схем 1-3, 6, 16-19 (табл. 1.1) справедливо соотношение

Kas = AhomUxnaJ и.

при соблюдении этих зависимостей максимальное значение сигнала в любой точке отмеченных схем никогда не превысит значения сигнала, который наблюдается при номинальном входном сигнале с максимально допустимым коэффициентом амплитуды.

В остальных схемах значение Каё не зависит от СЗ входного сигнала. Для измерения с помощью этих схем сильно искаженных сигналов надо уменьшить номинальное значение входного напряжения, что повлечет за собой увеличение погрешности преобразования.

Таким образом, с помощью схем 1-3, 5, 6, 13, 16-19 (табл. 1.1) можно измерять сигналы с сильно искаженной формой-для этого достаточно лишь уменьшить уровень напряжения, подаваемого на вход ПСЗН. Соответственно надо нормировать допустимый коэффициент амплитуды измеряемого напряжения в зависимости от СЗ входного сигнала. Для остальных схем значение коэффициента амплитуды входного напряжения не должно превосходить одной и той же величины /Саном независимо от СЗ входного сигнала. I В схемах 1, 2, 6, 9, 16-19 (табл. 1.1) для . уменьшения по-ш-решности от влияния формы кривой необходимо, чтобы ампли-гтуда входного сигнала не превышала некоторого определенного значения, т. е. следует выбирать предел масштабного преобразователя по амплитудному значению измеряемого сигнала. У ПСЗН с умножителями на полупроводниковых приборах погрешность от влияния формы кривой входного сигнала возрастает из-за сравнительно узкого диапазона рабочих частот умножителей. Тем не менее у современных ПСЗН с умножителями на полупроводниковых приборах, например с логарифмическими перемножителями, погрешность от влияния формы кривой в узком диапазоне частот входных сигналов не превышает нескольких сотых долей процента даже при коэффициенте амплитуды входного сигнала, равном пяти [78].

Масштабный преобразователь может несколько исказить форму кривой входного сигнала из-за нелинейности амплитудной характеристики усилителя и повторителя. Значение нелинейных искажений, вносимых масштабным преобразователем, возрастает с ростом входного сигнала. При синусоидальном входном сигнале нелинейные искажения можно учесть при градуировке ПСЗ и ис-