Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Предлагаемые дидактические материалы по геометрии предназначены для работы в 8 классе по учебнику: Смирнова И.М., Смирнов В.А. Геометрия: Учебник для ...полностью>>
'Документ'
о проведении антикоррупционной экспертизы муниципального нормативного правового акта проекта постановления администрации муниципального образования Ку...полностью>>
'Документ'
должность понедельник вторник среда четверг пятница суббота преподаваемый предмет, кол-во часов Хуснутдинова Люция Гапхадиевна директор 8.00-1 .00 8....полностью>>
'Рабочая программа'
Пожарная безопасность технологических процессов: Рабочая программа учебной дисциплины по специальности 280104.65 «Пожарная безопасность» / Под общей р...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Федеральное агентство по образованию

САРАПУЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Ижевский Государственный Технический Университет»

Лабораторная работа №3

По дисциплине «Метрология, стандартизация и технические измерения»

На тему: Изучение методов и средств измерения напряжения (вольтметры).

Сарапул

Цель работы: изучение принципа действия, устройства приборов для измерения напряжения, их основных метрологических характеристик и приобретение практических навыков работы с измерительными приборами.

Приборы: В7-16А, Ф5263, В7-23, В3-56, В7-26

Общие сведения.

Основные технические характеристики приборов для измерения напряжения и тока: диапазон измерения напряжения и тока, погрешность измерения, диапазон рабочих частот, входное сопротивление, время одного измерения или число измерений в единицу времени, чувствительность или цена деления.

Диапазон измерений представляет собой область значений напряжения или тока, измеряемых прибором с нормированной погрешностью.

Для многопредельных приборов диапазон измерений указывают на каждом пределе с различной нормированной погрешностью.

Переключение пределов измерений производится вручную или автоматически. Способность приборов работать при сигналах, превышающих предел измерения, называют их перегрузочной способностью. Перегрузочная способность современник цифровых вольтметров достигает 300%.

Различают полный и рабочий диапазоны измерений. Полный диапазон определяют по формуле

где и ~ максимальное и минимальное значения измеряемого напряжения.

Если максимальное и минимальное значения измеряемого напряжения определяют с заранее установленными погрешностями, то используют понятие рабочего диапазона

который обычно меньше полного диапазона.

Полный и рабочий диапазоны измерений прибора обычно измеряют в децибелах, пользуясь формулами.

Погрешность измерений, является основной метрологической характеристикой прибора. Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности приборов.

Абсолютная погрешность определяется разностью между показанием прибора Uп и истинным значением измеряемого напряжения (или тока) Uи :

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой

Относительная погрешность определяется отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемого напряжения Uи и выражается в процентах

Относительная погрешность зависит от значения измеряемого напряжения и с уменьшением напряжения увеличивается.

Приведенная погрешность определяется отношением абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению Uн напряжения и выражается в процентах

В качестве нормирующего напряжения принимают предельное значение шкалы приборов с односторонней шкалой или сумму предельных значений шкалы для приборов с двухсторонней шкалой. Приведенная погрешность не зависит от значения измеряемого напряжения.

Если погрешность измерения определяют при нормальных условиях применения прибора, то ее называют основной. Для нормальных условий применения нормируются величины, влияющие на результат измерения: температура, давление, влажность, напряжение питания, частота, внешние электрические и магнитные поля и др. Изменение этих влияющих величин приводит к появлению дополнительных погрешностей.

Влияние формы напряжения и тока на показания приборов.

При измерении переменных напряжений и токов пользуются следующими значениями: средним; средневыпрямленным; среднеквадратический (действующим); амплитудным (пиковым). Использование большого числа различных значений обусловлено сложней формой переменного напряжения или тока. В качестве стандартной формы при градуировке шкал приборов используют синусоидальные напряжения или токи.

Среднее значение периодического напряжения определяют по формуле

где Т - период напряжения, u(t) - мгновенное значение напряжения.

Средневыпрямленное значение напряжения определяется средним значением модуля напряжения

Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения равно

Связь между амплитудным, средним (или средневыпрямленным) и действующим значениями напряжения устанавливают при помощи специальных коэффициентов амплитуды, форма и усреднения. Коэффициент амплитуды устанавливает соотношение между амплитудным (пиковым) и действующим значениями напряжения

коэффициент формы - между действующим и средним значениями

а коэффициент усреднения - между амплитудным и средним значениями

Коэффициенты амплитуды, формы и усреднения связаны зависимости

и лишь в первом приближении характеризуют форму кривой напряжения.

При этом для любого периодического напряжения имеет место неравенств ,которое для напряжения симметричной прямоугольной формы переходит в равенство .

Для характеристики формы переменного напряжения используют также разложение его в гармонический ряд Фурье. При этом степень отклонения формы напряжения от синусоидальной характеризуют при помощи коэффициентов искажения и гармоник.

Коэффициент искажений характеризует отношение действующего значения напряжения высших гармоник (кроме первой) к действующему значению несинусоидального напряжения

где Un-1 - действующее значение напряжения высших гармоник. U - действующее значение несинусоидального напряжения.

Коэффициент гармоник характеризует отношение действующего значения напряжения высших гармоник к действующему значению напряжения первой (основной) гармоники

где U1 - действующее значение напряжения первой гармоники. Коэффициенты гармоник и искажений связаны соотношением

Действующее значение напряжения можно определить через действующее значение напряжения первой гармоники и коэффициент гармоники

Измерение коэффициентов гармоник и искажений выполняют при помощи селективных вольтметров. При этом действующее напряжение высших гармоник определяют по формуле

где Uк. - действующее значение напряжения К-й гармоники, К. - порядковый номер гармоники.

В большинстве случаев шкала вольтметра градуируется по действующему значению синусоидального напряжения так, что при измерении несинусоидального напряжения обуславливает наличие дополнительной погрешности из-за отклонения формы измеряемого напряжения от синусоидальной. При измерении несинусоидального напряжения в показания вольтметра должна быть внесена поправка и действующее значение несинусоидального напряжения вычисляют по формуле

где Кф - коэффициент формы измеряемого напряжения; Кф.син - 1,11 - коэффициент формы синусоидального напряжения; Uип - показания прибора.

Значения коэффициентов амплитуды, формы и усреднения для некоторых форм напряжения приведены в табл. 1.

Таблица 1

Форма напряжения

Коэффициент

Ка

Kф

Kу

Синусоидальная

Прямоугольная

1,00

1,00

1,00

Треугольная

2,00

Функциональные схемы вольтметров.

Входное устройство – обычно состоит из делителей напряжения – аттенюаторов, с помощью которых изменяют пределы измерения напряжения, и катодного повторителя, служащего для создания высокого входного сопротивления прибора.

Преобразователем вольтметра для измерения постоянного напряжения служит усилитель постоянного тока, а для измерения переменного напряжения – детектор.

Показывающие приборы в большинстве – это магнитоэлектрические стрелочные индикаторы.

Рис.1 Функциональная схема электронного вольтметра постоянного напряжения.


а)


б)

в)

Входное устройство

Усилитель постоянного тока

Стрелочный индикатор

Детектор

Входное устройство

=

г)

Рис. 2 Функциональные схемы электронных вольтметров, а), б), в) – приборов для измерения переменного напряжения, г) – универсального вольтметра.

При измерении малых напряжений чувствительность схемы, изображенной на рис.2а, недостаточна. Поэтому в подобных случаях применяют вольтметры, у которых преобразователь состоит из детектора и усилителя. Если усилитель включен после детектора, то получается функциональная схема, показанная на рис.2б. В случае, когда усилитель включен перед детектором, схема принимает вид, изображенный на рис.2в.

Вольтметры, построенные по функциональной схеме (2б), отличаются широким частотным диапазоном и применяются для измерения напряжения высоких частот вплоть до сотен мегагерц. Приборы же, выполненные по схеме (рис.2в), имеют значительно более узкую полосу, ограниченную полосой пропускания усилителя переменного напряжения. Однако эта схема позволяет получить более высокую чувствительность, чем предыдущая, благодаря включению перед детектором усилителя. Такие схемы используются в милливольтметрах. Следует отметить, что в схеме с предварительным усилением возможны искажения формы кривой напряжения (нелинейные искажения), которые практически отсутствуют в схеме, начинающейся с детектора.

Функциональные схемы изображенные на рис. 1 и 2б можно сочетать в одном приборе. Такой универсальный вольтметр служит для измерения как постоянного, так и переменного напряжений.

Некоторые технические характеристики вольтметров

В7-16А

Вольтметр применяется для измерения напряжения постоянного и переменного токов.

Диапазон измерения:

- напряжения постоянного тока 10мВ-1000В

- напряжения переменного тока

в диапазоне от 20Гц до 20кГц 10мВ-1000В

в диапазоне от 20кГц до 50МГц, В

(с высокочастотным преобразователем) 0,1-1

в диапазоне от 20кГц до 30МГц, В

(с высокочастотным преобразователем и делителем 1:10) 1-10

Поддиапазоны 1,10,100,1000 В

Ф5263

Милливольтамперметр применяется для измерения значений токов и напряжений в цепях переменного тока.

Диапазоны измерений:

0,2-1; 0,6-3; 2-10; 6-30; 20-100; 60-300мВ

0,2-1; 0,6-3; 2-10; 6-30; 20-100; 60-300В

В7-23

Вольтметр предназначен для измерения напряжений постоянного тока.

Диапазон измерений 10мкВ-1000В

Пределы измерений 0,1; 1; 10; 100; 1000В

Класс точности вольтметра -0,04/0,02

В3-56

Вольтметр предназначен для измерения напряжения переменного тока.

Диапазон измеряемых напряжений 0,1мВ-300В

Поддиапазоны с верхними пределами 1; 3; 10; 30; 100; 300

Диапазон частот напряжений 10Гц-15МГц

В7-26

Вольтметр универсальный предназначен для измерения напряжения постоянного и переменного токов.

Диапазон измерений

- напряжений постоянного тока 10мВ-300В

поддиапазоны с верхними пределами 0,1; 0,3; 1;3; 10; 30; 100; 300В

- напряжений переменного тока (20Гц-20кГц) 200мВ-300В

поддиапазоны с верхними пределами 1;3; 10; 30; 100; 300В

(1кГц-1000МГц) 200мВ-100В

поддиапазоны с верхними пределами 1;3; 10; 30; 100В

Ход работы

  1. Ознакомиться со структурой, принципом действия и назначением органов управления вольтметров.

  2. Получить допуск к работе у преподавателя, ответив на вопросы, касающиеся хода работы и назначения органов управления у вольтметров разного типа.

  3. Выполнить задание.

    1. Определить погрешности вольтметров в лаборатории на разных частотах, приняв за образцовые показания цифрового вольтметра В7-16А.

      1. На выходе генератора установить напряжение 1,0 Вольт по вольтметру В7-16А.

      2. Изменяя частоту генератора в пределах от 10 Гц до Гц, с шагом степени 0,25 обеспечить отображение напряжения с максимальной точностью. При этом на цифровых вольтметрах необходимо выбрать диапазон, обеспечивающий не менее трех значащих цифр. А на стрелочных, чтобы стрелка находилась в правом положении шкалы. При этом вольтметры подключаются по очереди без изменений установок генератора. Результаты измерений занести в таблицу 2.

      3. По результатам измерений построить характеристики в логарифмическом масштабе для всех испытуемых вольтметров. Верхнюю частоту fв рабочего диапазона вольтметра определяют по уменьшению показаний вольтметра на значения погрешности Uдоп.

      4. Повторить пункты 3.1.1 - 3.1.3 исследования для напряжения 0,1 В.

      5. Определить погрешности (абсолютную и относительную) измерений испытуемых вольтметров относительно показаний образцового (В7-16А). Результаты занести в Таблицу 2.

Таблица 2

Частота f , Гц

Абс. погр.

Отн. погр.

Абс. погр.

Отн. погр.

Абс. погр.

Отн. погр.

В7-16А, B

 

------

-------

 

-----

------

 

 ------

------ 

Ф-5263, B

 

 

 

 

 

В3-56, B

В7-26, B

 

 

 

 

 

    1. Определить погрешности вольтметров в лаборатории при измерении напряжения постоянного тока, приняв за образцовые показания цифрового вольтметра В7-23, т.к. класс точности его выше, чем у всех остальных.

      1. С блока вторичного электропитания подать напряжение 0,01В, проконтролировав его с помощью вольтметра В7-23, обеспечив при этом наибольшую точность измерения.

      2. Подать это напряжение на В7-16А и В7-26 последовательно. Результаты занести в Таблицу 3.

      3. Повторить пункты 3.2.1 и 3.2.2. для напряжений 0,1, 1,0, 3,0 и 10,0 В.

      4. Вычислить абсолютную и относительную погрешности приборов и занести их в таблицу 3.

      5. По результатам работы построить графики и сделать выводы относительно изменения погрешности.

Таблица 3

Вольтметры

U1

Абс. погр.

Отн. погр.

U2

Абс. погр.

Отн. погр.

Un

Абс. погр.

Отн. погр.

В7-23, B

 

------

------

 

-----

------

 

 ------

------ 

В7-16А, B

 

 

 

 

 

В7-26, B

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы.

  1. Привести структурные схемы вольтметров переменного напряжения, описать принцип работы и указать их достоинства и недостатки.

  2. Указать виды погрешности вольтметров, способы их определения и нормирования.

  3. Описать влияние формы напряжения и тока на точность измерения вольтметров.

  4. Дать определение класса точности приборов.

  5. Привести конструкцию магнитоэлектрического и электромагнитного измерительного механизмов. Пояснить понятие логометрического измерительного преобразования.

Литература

  1. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2001 – 205с.:ил

  2. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения.Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1978. – 360 с.

  3. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Высшая школа, 1982.

  4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации В7-16А

  5. Паспорт В7-26

  6. Техническое описание и инструкция по эксплуатации В7-23

  7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации В3-56

  8. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Ф5263



Похожие документы:

  1. Изучение методов и средств формирования измерительного сигнала (измерительные генераторы)

    Документ
    ... Метрология, стандартизация и технические измерения» На тему: Изучение методов и средств формирования измерительного сигнала (измерительные ... ступенчатого регулятора выходного напряжения. 4.1.1. Подключить генератор к вольтметру и установить плавным ...
  2. Программа дисциплины «Методы и средства измерений и контроля»  для направления 221400. 62 «Управление качеством» подготовки бакалавра Автор программы

    Программа дисциплины
    ... , КонР, Р Методы и средства измерений сопротивлений, индуктивностей, емкостей 6 7-8 4 8 8 ППЗ, Р Электронные приборы для измерения напряжения 6 9-10 4 8 8 ППЗ ...
  3. Конспект лекций 2010 г. Содержание 1 Средства измерений технологических параметров 4 1Средства измерения давления 12

    Конспект лекций
    ... масштабным, например двигатели напряжений на входе вольтметров или электронных осциллографов ... изучению турбулентности, снятию поля скорос­тей. Для измерения ... . Проблема создания современных методов и средств измерения расходов веществ, обладающих ...
  4. Учебно-методический комплекс по дисциплине Измерения в технике связи (название)

    Учебно-методический комплекс
    ... . Измерение напряжения. Эквивалентная схема входа вольтметра. Электронные вольтметры. Измерение емкости методом амперметра-вольтметра. Измерение индуктивности методом амперметра-вольтметра. Измерение емкости методом моста. Измерение ...
  5. Физические основы микроэлектроники практикум

    Документ
    ... измерения. Найти поправку на систематическую погрешность метода: вольтметр измеряет не ЭДС, а напряжение ... состояниях; изучение свойств полупроводников ... Библиографический список 1. Раннев, Г.Г. Методы и средства измерений / Г.Г. Раннев, А.П. Тарасенко ...

Другие похожие документы..