Сборник лабораторных работ к изданию

Лабораторная работа № 2

Изучение цифрового вольтметра.

1.Тема: Изучение цифрового вольтметра. Оценка инструментальной погрешности при однократных измерениях.

2.Требования к знаниям

Студент должен:

Иметь представление:

-О кодоимпульсных вольтметрах.

-О времяимпульсных вольтметрах.

Знать:

-Принцип работы вольтметра с времяимпульсным преобразованием;

-Назначение блоков в структурной схеме времяимпульсного

вольтметра;

Уметь:

-Подготовить цифровой вольтметр к работе.

3.Цель работы

3.1. Ознакомиться с основными техническими характеристиками цифрового вольтметра.

3.2.Получить практические навыки работы цифровым вольтметром.

3.3.Исследовать зависимость погрешности измерения от выбора предела измерения.

4.Литература

4.1.«Электрорадиоизмерения» под редакцией А. С. Сигова, Москва

«Форум – Инфра-М » 2004.

4.2.Техническое описание на вольтметр универсальный В7-16А.

4.3.Описание лабораторной работы № 2.

-21 -

5.Подготовка к работе:

5.1.Изучить (повторить) теоретический материал о принципах работы цифровых вольтметров.

5.2.Ознакомиться с техническим описанием вольтметра В7-16А.

5.3.Подготовить бланк отчета:

5.3.1.Титульный лист;

5.3.2.Цель работы;

5.3.3.Структурная схема вольтметра В7-16А [3] рисунок 2.5;

5.3.4.Технические характеристики вольтметра В7-16А [3]

приложение 2.1.

5.3.5.Схема измерений [3] рисунок 2.1;

5.3.6.Формы протоколов измерений [3] таблица 2.1.

5.4.Контрольные вопросы допуска к работе:

5.4.1.Назначение универсального цифрового вольтметра;

5.4.2.Как подготовить вольтметр к работе?

5.4.3.Какие поддиапазоны имеет вольтметр?

5.4.4.Что означает дискретность измерения?

6. Основное оборудование:

6.1.Вольтметр В7-16А.

6.2.Измерительный генератор Г3-112.

6.3.Вольтметр В3-38.

6.4.Магазин сопротивлений МСР-60;

7.Задание:

7.1.Познакомиться с вольтметром В7-16;

7.2.Подготовить вольтметр к работе.

7.2. Измерить напряжение с помощью цифрового вольтметра на разных пределах.

- 22 -

8. Порядок выполнения работы:

8.1. Изучение конструкции цифрового вольтметра.

Пользуясь техническим описанием [3] изучите функциональную схему прибора. Разберите назначение блоков.

Изучите расположение и назначение органов управления.

8.2. Подготовка вольтметра к работе.

Пользуясь техническим описанием, подготовьте прибор к работе.

Особое внимание обратите на установку значения ноль и калиброван-

ного значения напряжения указанного на шильдике прибора.

8.3. Измерение напряжения с помощью цифрового вольтметра.

8.3.1.Соберите схему измерений рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема измерения напряжения цифровым вольтметром.

Подключите вольтметр В7-16А к источнику сигнала. В качестве источника сигнала используется измерительный генератор Г3-112.

Соединительные провода подключите к гнезду « 100 VR» и

зажиму « О », который используется, как общий провод при измерениях. В качестве нагрузки используйте магазин сопротивлений или внутреннюю нагрузку генератора.

8.3.2.Установите частоту сигнала и напряжение на выходе генератора, заданное преподавателем. Напряжение на выходе генератора контролируйте аналоговым вольтметром В3-38.

8.3.3.На вольтметре В7-16 установите переключатель «РОД РАБОТЫ» в положение «~U», переключатель «ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ» установите в положение «1».

-23 -

8.4. Повторите измерения, установив переключатель пределов измерений в положение «10» и «100». Рассчитайте погрешность каждого измерения. Используйте формулы 2.3 и 2.4

Результат запишите аналогично пункта 8.3.5.

Рисунок 2.3 – Измерение напряжения 0.8 В на пределе 10 В

8.5.Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

N Un (В) Ux (В) δ (формула) δ% ∆U (В) Результат

- 25 -

8.6.Сделайте выводы о проделанной работе.

9.Содержание отчета:

9.1.Цель работы.

9.2.Схема проведения эксперимента.

9.3.Структурная схема вольтметра В7-16А.

9.4.Технические данные вольтметра В7-16А.

9.5.Расчеты погрешности измерений.

9.6.Результаты измерений, записанные в соответствующей форме.

10.Контрольные вопросы зачета:

10.1.Дайте определение класса точности прибора.

10.2.Как устанавливается класс точности прибора?

10.3.Как определить погрешность измерения прибора исходя из класса точности средства измерения?

10.4.Из каких блоков состоит цифровой вольтметр?

10.5.Какие типы АЦП используются в цифровых вольтметрах?

10.6.Поясните принцип работы кодоимпульсного вольтметра.

10.7.Поясните принцип работы время импульсного вольтметра.

- 26 -

Приложение 2.1

к лабораторной работе № 2.

ВОЛЬТМЕТР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ В7-16А

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Рисунок 2.4 - Вольтметр универсальный В7-16А.

Вольтметр универсальный В7-16А предназначен для:

- измерения напряжения постоянного и переменного токов и активного сопротивления;

Вольтметр измеряет:

-напряжение постоянного тока в диапазоне от 0,1мВ до 1000 В;

-напряжение переменного тока в диапазоне от 0,1 мВ до 1000 В:

-активное сопротивление в диапазоне от 0,1 Ом до 10 МоМ.

Прибор предназначен для эксплуатации в лабораторных и цеховых условиях, питание прибора может осуществляться только от сети переменного тока.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

2.1 Вольтметр В7-16А имеет четыре поддиапазона измерений;

Диапазон частот измеряемых напряжений может быть от 20 до 100

кГц и от 100 кГц до 50 МГц.

- 27 -

Диапазоны измерений электрических величин соответствуют значениям, указанным в таблице 2.2.

таблица 2.2

2.2. При измерении напряжения переменного тока вольтметр должен гра-

дуироваться в среднеквадратических значениях синусоидального напря-

жения. Основная погрешность вольтметра должна обеспечиваться при из-

мерении напряжения синусоидальной формы в диапазоне частот от 20 Гц

- 28 -

до 100 кГц с содержанием гармоник не более 0,1 % на пределе 1 В и не бо-

лее 0,2 % на остальных пределах.

2.3. Предел допускаемой относительной основной погрешности вольт-

метра в процентах при измерении напряжения переменного тока при вре-

мени преобразования 100 мс должен соответствовать таблице 2.2,

где

Uk – конечное значение установленного поддиапазона измерений напряжений переменного тока, В;

Ux – показание вольтметра, В.

2.3. Предел допускаемой относительной погрешности в процентах при измерении активного сопротивления при времени преобразования 20 мс и

100 мс должен соответствовать таблице 2.2,

где

Rk – конечное значение установленного поддиапазона измерений со-

противлений, кОм;

Rx – показание вольтметра, кОм.

2.4. Предел допускаемой дополнительной погрешности от изменения температуры окружающей среды при всех видах измерений не должен превышать половины предела основной погрешности на каждые 10°С из-

менения температуры.

2.5. Входное сопротивление вольтметра составляет:

не менее 10 Мом при измерении напряжения постоянного тока;

не менее 1 Мом при измерении переменного тока вольтметром.

2.6.Входная емкость вольтметра при измерении напряжения переменно-

го тока не превышает 100 пФ.

2.7. Питание вольтметра осуществляется от сети переменного тока

напряжением (220±22) В частотой (50±05) Гц.

- 29 -

3.УСТРОЙСТВО И РАБОТА ИЗДЕЛИЯ

3.1ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

3.1.1Структурная схема вольтметра изображена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Структурная схема вольтметра.

Напряжение постоянного или переменного тока подается на входные гнезда. Во входном устройстве напряжения постоянного тока приводится с помощью делителя к номинальному пределу 1В и далее поступает на вход усилителя дифференциального. Напряжения переменного тока с частотой 20 Гц – 20 кГц дополнительно преобразуется в напряжение постоянного тока.

Напряжение постоянного тока, полученное во всех трех случаях,

подается на блок компараторов.

Блок компараторов состоит из двух компараторов: сигнального и нулевого, каждый из которых имеет два входа. На первые входы компараторов подается пилообразное напряжение с генератора пилообразного напряжения. Второй вход нулевого компаратора заземлен. Нулевой компаратор срабатывает в момент равенства нулевого потенциала с пилообразным напряжением.

- 30 -