Теоретическая часть
Лабораторная работа выполнена в виде виртуального макета реальной лабораторной.
Виртуальная установка моделирует работу следующих средств измерений: цифрового универсального вольтметра В7-21А, источника питания постоянного тока Б5-48, низкочастотного генератора сигналов Г3-109, магазина сопротивлений Р4831, а также устройства коммутации сигналов (рисунок 1).
Вольтметр универсальный В7-21А предназначен для измерения:
- напряжения и силы постоянного тока;
- напряжения и силы переменного тока;
- активного сопротивления.
Вольтметр может применяться для контроля и измерения указанных параметров при производстве радиоаппаратуры и электрорадиоэлементов, при научных и экспериментальных исследованиях, при проведении ремонтных и регламентных работ.
Основные характеристики вольтметра:
1)Входное сопротивление при измерении напряжения постоянного тока:
- не менее 1 GΩ на пределах «10 mV», «≂100 mV», «≂1 V»;
- (10±0,5) МΩ на пределах «≂10 V», «≂100 V», «≂1000 V»;
2) падение напряжения на входе вольтметра при измерении силы тока не более 10 mV на пределе «100 nA» и 100 mV из всех
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
| Разраб. |
| Провер. |
| Канинина Е.Н |
| Реценз. |
| Н. Контр. |
| Утверд. |
| ПРЯМЫЕ ОДНОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, СИЛЫЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, СОПРОТИВЛЕНИЯ |
| Лит. |
| Листов |
| МГУ, ЭФ 311 УК |
остальных
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
4) постоянная составляющая входного сопротивления вольтметра при измерении напряжения переменного тока не менее 8 МΩ;
5) входная емкость не более 100 pF.
В верхней части находится цифровое табло с индикаторами полярности и размерности измеряемых величин. В нижней части передней панели расположенных величин. В нижней части передней панели расположены входные клеммы и потенциометр установки нуля, назначение которых следующее:
«►0◄» - потенциометр, предназначенный для установки нуля на пределах измерения «10 mA», «100 mA»;
«≂ U» - клемма для подключения измеряемых напряжений;
«≂ I» - клемма подключения измеряемых токов;
«О» - низкопотенциальная клемма при измерении напряжений и токов;
ЭКРАН – клемма для подсоединения экрана измерительного кабеля;
«R» - две пары клемм для измерения активного сопротивления.
В средней части передней панели расположены переключатель пределов измерений «100 nA, 100 Ω» - «100 mA, 1000 V». В положении «» производится автоматический выбор пределов измерений.
В положении КОНТР осуществляется самоконтроль работоспособности вольтметра. При этом на цифровом табло должны индицироваться показания в пределах 9999±2.
Переключателем рода работы производится выбор рода работы:
- положение «- U» - режим измерения напряжения постоянного тока;
- положение «~ U» - режим измерения напряжения переменного тока;
- положение «- I» - режим измерения силы постоянного тока;
- положение «~ I» - режим измерения силы переменного тока;
- положение «R» - режим измерения сопротивления.
Диапазоны измерений электрических величин соответствуют значениям, указанны в таблице 1.
Диапазоны измерений разделены на поддиапазоны в соответствии с таблицей 2. Вольтметр обеспечивает автоматический выбор пределов измерения напряжения и силы постоянного тока, активного сопротивления.
Определение полярности при измерениях напряжения и силы постоянного тока производится автоматически.
Пределы допускаемой относительной основной погрешности измерения напряжения постоянного тока:
- на пределах «- 10 mV», «~ 100 mV»
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
(1)
- на пределах «≂ 1 V»
(2)
- на пределах «≂10 V», «≂100 V», «≂1000 V»
(3)
где 
- пределы допускаемой относительной основной погрешности в процентах от измеряемой величины;
Uk - конечное значение установленного предела измерения;
Ux – показания вольтметра.
Таблица 1 – Диапазоны измерений вольтметра В7-21А
| Наименование измеряемых величин | Диапазон измерения |
| Напряжение постоянного тока, V | 1∙10-6 ÷ 103 |
| Сила постоянного тока, A | 1∙10-11 ÷ 10 |
| Напряжение переменного тока, V | 1∙10-5 ÷ 103 |
| Сила переменного тока, A | 1∙10-8 ÷ 10 |
| Активное сопротивление, Ω | 1∙10-2 ÷ 1,2∙107 |
| Частотный диапазон измеряемых напряжений переменного тока, Hz | 20 ÷ 1∙105 |
| Частотный диапазон измеряемых силы переменного тока, Hz | 20 ÷ 20∙103 |
Пределы допускаемой относительной основной погрешности при измерении силы постоянного тока:
; (4)
- на пределах «≂ 1mА»
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
где - пределы допускаемой относительной основной погрешности в процентах от измеряемой величины;
Ik - конечное значение установленного предела измерения;
Ix – показания вольтметра.
Таблица 2 – Поддиапазоны измерений вольтметра В7-21А
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
- на пределах «≂100 mV», «≂1 V» в диапазоне частот от 20 до 400 Hz и на пределе «≂1 V» в диапазоне частот от 10 до 50 kHz
; (6)
- в диапазоне частот от 10 до 50 kHz на пределе «≂100 mV»
; (7)
- в диапазоне частот от 400 Hz до 10 kHz
; (8)
- на пределах «≂10 V», «≂100 V», «≂1000 V» в диапазоне частот от 20 Hz до 20 kHz
; (9)
- на пределах «≂100 mV», «≂1 V» в диапазоне частот от 50 до 100 kHz
; (10)
Предел допускаемой относительной основной погрешности измерения силы переменного тока:
- на пределах «≂100 µА», «≂1 mА» в диапазоне частот от 20 Hz до 20 kHz
; (11)
- на пределах «≂10 mА», «≂100 mА» в диапазоне частот от 20 Hz до 20 kHz, на пределах «≂10 А» на частоте 50 Hz
;
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
- на пределах «≂1000 mА» в диапазоне частот от 50 Hz до 1000 Hz
; (13)
где - пределы допускаемой относительной основной погрешности в процентах от измеряемой величины;
Ik - конечное значение установленного предела измерения;
Ix – показания вольтметра.
При измерения напряженности и силы переменного тока вольтметр градуируется в среднеквадратических значениях.
Пределы допускаемой относительной основной погрешности при измерении активного сопротивления
; (14)
- на пределе «1kΩ»
; (15)
где - пределы допускаемой относительной основной погрешности в процентах от измеряемой величины;
Rk - конечное значение установленного предела измерения;
Rx – показания вольтметра.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
1 – цифровой универсальный вольтметр В7-21А; 2 – источник питания постоянного тока Б5-48; 3- низкочастотный генератор сигналов Г3-109; 4 – магазин сопротивления Р4831; 5 – устройство коммутации сигналов.
Рисунок 1 – Вид виртуального макета лабораторной установки
Задачи работы
1 Изучите назначение и порядок работы с цифровым универсальным вольтметром В7-211А.
2 Проведите прямые измерения величины постоянного напряжения.
3 Проведите прямые измерения величины переменного напряжения.
4 Проведите прямые измерения силы постоянного и переменного тока.
5 Проведите прямые измерения величины активного сопротивления.
6 Оформить протокол измерений.
7 Оформить отчет о выполнении работы.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
1 Запустите программу лабораторной работы двойным щелчком левой клавиши мыши на ярлыке Lab_В7-21А. на рабочем столе компьютера появится виртуальный макет лабораторной установки. Работу виртуального макета можно остановить с помощью кнопки «СТОП». Возобновляется работа виртуального макета кнопкой «Run» на палитре инструментов, на которой изображена стрелка 
.
2 Для проведения прямых измерений величины постоянного напряжения:
а) с помощью устройства коммутации подключите модель источника напряжения Б5-48 к клемме «Экран» и клемме измерения напряжения «≂U» модели вольтметра В7-21А;
Рисунок 2 – Схема измерения напряжения постоянного тока
б) установите кодовые переключатели напряжения и тока источника питания постоянного тока Б5-48 в положение 0,01.
Внимание! Во избежание выхода из строя прибора Б5-48 категорически запрещается включать прибор при нулевых положениях кодовых переключателей напряжения и тока;
в) включите модель источника питания постоянного тока Б5-48 кнопкой «Вкл»;
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
д) установите переключатель пределов измерений при работе в режиме ручного выбора пределов измерений в положение, соответствующее значению измеряемой величины. Если значение измеряемой величины неизвестно, то переключатель пределов установить в наибольшее положение;
е) установите кодовый переключатель напряжения источника Б5-47 в положение 0,2 В, а кодовый переключатель тока в положение, соответствующее потребляемому току;
ж) проведите считывание показателей вольтметра по индикаторному табло;
з) запишите в отчет показания вольтметра;
и) повторите измерения в соответствии с пп. «д» - «з», установив значения на выходе источника питания постоянного тока Б5-48 последовательно напряжения 11,5 В; 28,1 В;
к) выключите модели используемых средств измерений.
3 Для проведения прямых измерений величины переменного напряжения:
а) с помощью устройства коммутации подключите модель генератора сигналов Г3-109 к клемме «Экран» и клемме измерения напряжения «≂U» модели вольтметра В7-21А;
б) включите модель низкочастотного генератора сигналов Г3-109 кнопкой «Сеть»;
в) с помощью ручки плавной установки частоты и переключателя «Множитель частоты» установите частоту выходного сигнала генератора Г3-109 равной 50 Гц;
г) установите уровень выходного сигнала генератора в 5 мВ. Регулировка уровня выходного сигнала осуществляется плавно с помощью потенциометра «Регулировка вых.» 
и ступенями с помощью встроенного аттенюатора «15 mV» - «15 V»;
д) установите переключатель рода работы вольтметра в положение «~U» - режим измерения напряжения переменного тока.
е) установите переключатель пределов измерений при работе в режиме ручного выбора пределов измерений в положение, соответствующее значению измеряемой величины. Если значение измеряемой величины неизвестно, то переключатель пределов установить в наибольшее положение;
ж) проведите считывание показаний вольтметра по индикаторному табло;
з) запишите в отчет показания вольтметра;
и) повторите измерения в соответствии с пп. «д» - «з», установив на выходе низкочастотного генератора сигналов Г3-109 последовательно значениям напряжения 470 мВ; 2,6 В;14, 4 В;
к) выключите модели используемых средств измерений.
4 Для проведения прямых измерений силы постоянного тока:
а) с помощью устройства коммутации подключите модели источника Б5-48 и магазина сопротивлений Р4831 к клемме «Экран» и клемме измерений тока «≂I» модели вольтметра В7-21А в соответствии с рисунком 3;
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
б) установите переключатель рода работы вольтметра В7-21 А в положение «-I» - режим измерения силы постоянного тока;
в) переключатель пределов установите в наибольшее положение;
г) наберите при помощи декад магазина сопротивления Р4831 сопротивление в 100 Ом;
д) включите модель источника питания постоянного тока Б5-48 кнопкой «Вкл»;
е) установите переключатель пределов измерений при работе в режиме ручного выбора пределов измерений в положение, соответствующее значению измеряемой величины;
ж) установите кодовый переключатель напряжения источника Б5-48 в положение 20 В, а кодовый переключатель тока в положение, соответствующее потребляемому току;
з) проведите считывание показаний вольтметра по индикаторному табло;
и) запишите в отчет показания вольтметра;
к) повторите измерения в соответствии с пп. «е» - «и», установив значения сопротивления магазина Р4831 последовательно в 200, 500, 1000, 25000, 75000 Ом;
л) выключите модели используемых средств измерений.
5 Измерение силы переменного тока аналогичны измерению силы постоянного тока.
На выходе модели генератора Г3-109 установить значение напряжения, равное примерно 12 В, на модели магазина сопротивлений – последовательно сопротивления 50, 125, 2500, 10000, 50000 Ом.
6 Для проведения прямых измерений величины активного сопротивления:
а) с помощью устройства коммутации подключите модель магазина сопротивлений Р4831 к клеммам «R» - - «R» модели вольтметра В7-211А в соответствии с рисунком 4;
Рисунок 4 – Схема измерения активного сопротивления
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
б) наберите при помощи декад магазина сопротивления Р4831 сопротивление в 20 Ом;
в) установите переключатель рода работы вольтметра в положение «R» - режим измерения активного сопротивления;
г) установите переключатель пределов измерений в положение, соответствующее значению измеряемой величины;
д) проведите считывание показаний вольтметра по индикаторному табло;
е) запишите в отчет показания вольтметра;
ж) повторите измерения в соответствии с пп. «г» - «е», установив значения сопротивления магазина Р4831 последовательно в 250, 700, 1500, 25555 Ом.
7 Закройте программу виртуальной лабораторной установки.
8 В отчете должны быть предоставлены показания средств измерений, выбранные диапазоны измерений вольтметра, сведения о погрешностях измерений.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ЛР-02069964- 220501.65 – 09- 12 |
Таблица 1 – результаты измерения напряжения вольтметром В7-21 А
| Показания Б5-48 (Г3-109), В | Показания вольтметра, В | Диапазон измерений, В | Формула пределов допускаемой относительной основной погрешности | Относительная погрешность, % | Абсолютная погрешность, В | Результат измерений, В |
| ||||||
Таблица 2 – Результаты измерения силы тока вольтметром В7-21 А
| Показания Б5-48(Г3-109), В | Показания Р4831, Ом | Показания вольтметра, мА (А) | Диапазон измерений, мА (А) | Формула пределов допускаемой относительной основной погрешности | Относительная погрешность, % | Абсолютная погрешность | Результат измерений, мА (А) |
| Постоянный ток | |||||||
| |||||||
| Переменный ток | |||||||
| |||||||
Таблица 3 – Результаты измерений активного сопротивления вольтметром В7-21 А
| Показания Р4831, Ом | Показания вольтметра, Ом | Диапазон измерений, Ом | Формулы пределов допускаемой относительной основной погрешности | Относительная погрешность, % | Абсолютная погрешность, Ом | Результат измерений, Ом |
| ||||||
Анализ результатов и вывод
В ходе лабораторной работы были приобретены практические навыки при проведении прямых измерений напряжения, силы электрического тока, активного сопротивления цифровым вольтметром.