- •Содержание дисциплины Раздел 1. Основы метрологии измерений
- •Тема 1.1. Измерения
- •Тема 1. 2. Обработка результатов измерений
- •Раздел 2 методы и приборы электрических измерений
- •Тема 2.1. Аналоговые электроизмерительные приборы
- •Тема 2.1. Цифровые и другие измерительные приборы
- •Вопросы для подготовки к экзамену по курсу «Методы электрических измерений»
- •3.1. Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы
- •3.2. Варианты контрольной работы
- •7.4. Амплитудно-модулированные колебания. Коэффициент глубины модуляции. Осциллографические методы определения коэффициента модуляции линейной, синусоидальной и эллиптической разверток.
- •1.Основы метрологии измерений
- •1.1. Измерение
- •1.1.1. Физическая величина
- •1.1.2. Виды средств измерений
- •1.1.3. Виды и методы измерений
- •1.2. Единство измерений
- •1.2.1. Единицы физических величин
- •Основные и дополнительные единицы физических величин
- •1.2.2. Стандартизация
- •1.2.3. Эталоны
- •1.3. Точность измерений
- •1.3.1. Погрешность результата измерения
- •1.3.2. Погрешности средств измерений
- •1.3.3. Классы точности средств измерений
- •Формы задания классов точности
- •1.3.4. Основная и дополнительная погрешности
- •1.3.5. Методическая погрешность
- •1.3.6. Погрешность взаимодействия
- •1.3.7. Динамическая погрешность
- •1.3.8. Субъективная погрешность
- •2. Обработка результатов измерений
- •2.1. Погрешности измерений
- •2.2. Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения
- •2.3. Числовые характеристики или моменты случайных величин.
- •2.4. Однократные измерения
- •2.5. Обработка результатов многократных измерений.
- •2.6. Интервальная оценка дисперсии результатов измерений.
- •2.7. Проверка нормальности распределения результатов наблюдений.
- •2.8. Систематические погрешности. Их виды. Методы определения в эксперименте систематических погрешностей
- •2.9. Обработка результатов измерения при наличии случайной и систематической погрешностей
- •2.10. Косвенные измерения. Коэффициент корреляции
- •3. Методы и приборы электрических измерений
- •3.1. Аналоговые электроизмерительные приборы
- •3.1.1. Общие сведения
- •3.2. Электромеханические измерительные приборы
- •3.2.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •3.2.2. Приборы выпрямительной системы
- •3.2.3. Приборы термоэлектрической системы
- •3.2.4. Приборы электромагнитной системы
- •3.2.5. Приборы электродинамической системы
- •3.2.6. Электростатические вольтметры
- •3.2.7. Приборы индукционной системы
- •3.3. Электронные измерительные приборы
- •3.3.1. Электронные вольтметры переменного напряжения
- •3.3.2. Выпрямители (детекторы)
- •3.3.3. Особенности электронных измерительных приборов
- •4.Измерительные генераторы сигналов.
- •5.Электронно-лучевые осциллографы.
- •5.1.Применение осциллографов.
- •6. Цифровые измерительные приборы
- •6.1. Цифровые методы и средства измерений
- •6.2. Цифровые частотомеры
- •6.3. Цифровые вольтметры и мультиметры
- •6.3.1. Структура цифрового вольтметра
- •6.3.2. Структура цифрового мультиметра
- •7. Измерительные преобразователи.
- •2. Литература дополнительная
- •3. Литература нормативная
- •4. Методические пособия и указания
6.3.2. Структура цифрового мультиметра
Цифровые мультиметры (ЦМ) Digital MultiMeter (DMM) это многофункциональные измерительные приборы, специально предназначенные в основном для статических измерений нескольких электрических (например, переменных и постоянных напряжений и токов, сопротивления, частоты) и неэлектрических (например, температуры) величин.
Автономный миниатюрный ЦМ в настоящее время, пожалуй, самый распространенный (и любимый измерителями) инструмент, широко применяемый в различных измерительных экспериментах в электрических цепях и установках низкого (до 1000 В) напряжения.
Структура ЦМ подобна структуре любого ЦИП. Отличие лишь в наличии на входе прибора нескольких специальных преобразователей конкретных входных физических величин. На рис. 6.12 показана упрощенная структура ЦМ с минимальным набором измеряемых величин: постоянных (DC Direct Current) и переменных (АС Alternating Current) напряжений и токов, а также сопротивления R. Входные измеряемые величины в любом случае сначала преобразуются в пропорциональное напряжение постоянного тока, которое поступает на вход АЦП, где и преобразуется в код.
Структура содержит уже знакомые нам узлы: АЦП (как правило, интегрирующего типа), микроконтроллер (МК), клавиатуру и индикатор. Во входных цепях стоят следующие аналоговые преобразователи:
U_ /U_ постоянного напряжения в постоянное (усилитель и делитель);
U~/ U~ переменного напряжения в переменное (усилитель, трансформатор, частотонезависимый делитель);
U~/U_ переменного напряжения в постоянное (выпрямитель);
R/U_ сопротивления в постоянное напряжение.
Рис. 6.12. Упрощенная структура ЦМ
Конкретный режим измерения определяется положениями переключателей: SW1, SW2 и SW3. При измерении напряжений переключатель SW3 разомкнут, а переключатели SW1 и SW2 устанавливаются в верхнее (при постоянном входном напряжении) или в среднее (при переменном входном напряжении) положение. Для измерения сопротивления включается преобразователь сопротивления в постоянное напряжение R/U_ (переключатели SW1 и SW2 установлены в нижнем положении, а переключатель SW3 разомкнут).
В режиме измерения тока используется внутренний шунт (точный резистор малого сопротивления Rш). При этом переключатель SW3 замкнут и измеряемый ток, протекая по резистору Rш создает пропорциональное току падение напряжения. Если входной ток постоянный, то переключатели SW1 и SW2 устанавливаются в верхнее положение. Если же входной ток переменный, то переключатели SW1 и SW2 устанавливаются в среднее положение.
Структура ЦМ может содержать узел интерфейсной связи с внешними устройствами.
Как и многие другие ЦИП, современные ЦМ можно разделить на две группы (количественно и качественно сильно различающиеся):
автономные сравнительно простые, дешевые, малогабаритные и массовые приборы для экспресс-измерений;
системные сложные, прецизионные, или быстродействующие, дорогостоящие приборы, предназначенные для работы в составе различных измерительно-вычислительных систем и (или) систем управления.
В настоящее время в практике технических измерений наиболее распространены ЦМ первой группы компактные (Hand-Held удерживаемые в ладони) и миниатюрные (Pocket Size карманного формата) мультиметры, которые очень хорошо отвечают требованиям, предъявляемым к переносным приборам для экспресс-измерений. Они имеют малые габаритные размеры и массу; обеспечивают возможность измерения нескольких различных величин в широких диапазонах их изменений; имеют вполне удовлетворительные точность и чувствительность. У этих приборов хорошие эксплуатационные характеристики, автономное питание, они надежны, удобны и просты в обращении. Большинство современных ЦМ обеспечивает автоматический выбор полярности и диапазона измерения.
Типичный набор измеряемых мультиметрами широкого применения величин включает постоянные и переменные напряжения, постоянные и переменные токи, сопротивление постоянному току. Диапазоны основных измеряемых величин таковы:
• напряжения (постоянного и переменного тока) от долей милливольта до киловольта;
токи (без внешних шунтов или трансформаторов токов) от десятков миллиампер до десяти ампер;
сопротивления от долей ома до десятков мегаом.
Некоторые модели имеют дополнительные возможности, например, измерение температуры с помощью стандартных термопар; измерение электрической емкости; измерение частоты и скважности периодического сигнала; режим проверки полупроводниковых приборов; режим «прозвонки» цепей и др.
Классы точности разных моделей ЦМ (как и других ЦИП) в общем случае могут быть заданы по-разному. Как правило, используются предельные значения основных абсолютных и относительных погрешностей. Классы точности обычных ЦМ лежат в диапазоне от 0,1 до 5,0% (в зависимости от возможностей, измеряемых параметров, диапазонов, стоимости прибора). Разрешающая способность R: от 1:200 до 1:20 000. Масса приборов: 100 г... 1 кг.