Изучение техники измерения напряжения различными приборами.

Изучение техники измерения напряжения различными приборами.

Цель работы:

ознакомиться с принципом работы цифрового вольтметра и его основными техническими показателями; изучить прибор и усвоить назначение органов управления и правил пользования ими; научиться измерять напряжение цифровым вольтметром.

Приборы и оборудование: цифровой вольтметр с техническим описанием или инструкцией; низковольтный источник питания; параметрический или полупроводниковый стабилизатор напряжения для измерения напряжения на его элементах.

Основные теоретические положения.

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых физических величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра (рис.3.10) состоит их входного устройства, АЦП, цифрового отсчетного устройства ЦОУ и управляющего устройства.

Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока оно включает в себя также преоб­разователь переменного тока в постоянный.

Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровым кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в АЦП цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством. Цифровое отсчетное устрой­ство регистрирует измеряемую величину. Управляющее устрой­ство объединяет все узлы вольтметра.

По типу АЦП цифровые вольтметры делят на две основные группы:

• кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием);

• времяимпульсные.

В кодоимпульсных цифровых вольтметрах реализуется принцип компенсационного метода измерения напряжения.

В основе принципа действия вольтметра времяимпульсного типа лежит преобразование с помощью АЦП измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, который заполняют счетными импульсами, следующими с известной стабильной частотой следования. В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых пропорциональной уровню измеряемого напряжения.

Аналого-цифровой преобразователь вольтметров преобразу­ют сигнал постоянного тока в цифровой код, поэтому и цифровые вольтметры также считают приборами постоянного тока. Для из­мерения напряжения переменного тока на входе вольтметра ста­вится преобразователь в постоянное напряжение, чаще всего средневыпрямленного значения.

Проанализируем основные технические характеристики среднестатистического цифрового вольтметра постоянного тока:

• диапазон измерения: 100 мВ, 1 В, 10 В, 100 В, 1000 В;

• входное сопротивление — высокое, обычно более 100 МОм;

•порог чувствительности (другие названия — квант или единица дискретности) на диапазоне 100 мВ может быть 1 мВ, 100 мкВ, 10мкВ;

•количество знаков (длина цифровой шкалы) — отношение максимальной измеряемой величины на этом диапазоне к мини­мальной; например: диапазону измерения 100 мВ при уровне кван­тования 10 мкВ соответствует (100 • 10^-6) / (10 • 10^-9) = 10⁴ знаков;

•помехозащищенность.

Точность цифровых вольтметров. Распределение погрешности по диапазону измерения определяется пределом допускаемой относительной основной погрешности, характеризующей класс точности СИ:

где u - измеряемое напряжение; U_k - конечное значение диапазона измерений.

Быстродействие. Современные схемы АЦП, применяемые в цифровых вольтметрах, могут обеспечить очень большое быст­родействие, однако из соображений точной регистрации полу­ченного результата у цифровых вольтметров оно уменьшается примерно до 20-50 измерений в 1 с.

Ход работы.

1.Ознакомиться с прибором и изучить принцип его работы.

2.Изучить назначение основных органов управления и усвоить порядок пользования ими при измерении постоянного напряжения.

3.Зарисовать упрощенную схему цифрового вольтметра.

4.Собрать схему для измерения напряжений цифровым вольтметром.

5.Провести измерения напряжения через каждые 0,5 В.

6.Определить погрешность измерения.

7.Решить задачи.

7.1.Необходимо измерить напряжение 5 В. Для этого имеются два вольтметра: один – класса точности 1,0 с пределом измерения 30 В и второй – класса точности 0,5 с пределом измерения 10 В. Определить, у какого прибора меньше предел допускаемой основной относительной погрешности и какой прибор обеспечит более высокую точность заданного измерения.

7.2.Определить класс точности магнитоэлектрического миллиамперметра с конечным значением диапазона измерения тока I_k=0,5 мА, если предельное значение абсолютной погрешности измерений постоянно и равно ±0,0015 мА.

7.3.Электроизмерительный прибор с чувствительностью 0,2 дел/В имеет на шкале 40 делений. При измерениях стрелка прибора отклонилась на 30 делений. Чему равно измеренное значение напряжения, абсолютная и относительная действительная погрешность, если класс точности прибора равен 1,5.

Контрольные вопросы.

1.Какими методами можно измерить напряжение?

2.Из чего состоит цифровой вольтметр?

3.Для чего предназначен АЦП?

4.На какие группы делят цифровые вольтметры по типу АЦП?

5.Какие технические характеристики цифрового вольтметра вы знаете?