Метрология / metrologia4_2

В4 2 – HF Reject, LF Reject

фильтры В4, Н4 – частот

Аналоговые и цифровые вольтметры

Выбор вольтметра:

1.Форма сигнала (постоянная, переменная , синусоида, прямоугольная)

2.Входное сопротивление и входная емкость

3.Диапазон измерения напряжений

4.Частотный диапазон

5.Погрешность измерений

4 составляющих погрешности измерений:

1.Основная

2.Дополнительная

3.Погрешность взаимодействия

4.Динамическая

1)Основная погрешность связана с не идеальностью элементов прибора преобразовывать сигнал для отображения значений на индикаторе(основная и дополнительная погрешности записаны в паспорте прибора)

2)Дополнительная погрешность вызвана влиянием внешних факторов или отклонением от обычных условий измерений

3)Погрешность взаимодействия характеризует влияние измерения прибора на параметры измеряемой цепи после его подключения. Зависит от входного сопротивления и входной емкости

Входная емкость Cвх уменьшает ток (шунтирует) входное сопротивление на высоких частотах 4) Динамическая погрешность обусловлена реакцией прибора на скорость изменения измеряемой величины. Характеризует инерционность прибора. Время успокоения стрелки вольтметра не должно превышать 4-х секунд.

Погрешность измерений:

1)Абсолютная (∆x)- разность между измеряемым значением и действительным , истинным значением.(средним арифметическим)

Аналоговые вольтметры

к работе №3 в отчет рис. 5.7 5.8 5.11 5.12 из книги Атамалян

Для поворота стрелки из исследуемой схемы цепи отводится часть тока в вольтметр.

Электромеханические вольтметры

Rдоб

мА

Параметры: Ток полного отпирания I = 50 мА U = 75 мВ R = 1,5 кОм Rg = U / I Уравнение шкалы микроамперметра α = ВSnI / W

где α - угол поворота В - индукция магнитного поля S - площадь рамки n - число витков I - измеряемы ток W – коэффициент упругости, связанный с жесткостью пружины.

Из-за инерционности микроамперметра на переменном токе, вольтметр покажет 0 => необходимо выпрямить синусоиду с помощью диода.

Однополупериодное выпрямление.

Двухполупериодное выпрямление.

Вольтметр переменного тока

Существует недостаток : низкое Rвх (1,5 — 2 кОм/В), который зависит от предела измерений. Причина низкого сопротивления — ответвление тока полного отклонения из измерительной цепи.

3)Средне выпрямленные значения

4)Средне квадратичные значения

Показания вольтметров с различными преобразователями:

Uо = 1/Т ∫ U(t)dt Uср.в. = 1/T ∫ |U(t)| dt Uср.кв. = (1/T ∫ U²(t)dt)½

Ка = Um/U Kф = U/Ucр.в.

Поправка (1,11 или 1/(2)½)вводится для того , чтобы все вольтметры показывали среднеквадратичное значение.

Влияние формы сигнала на показания вольтметров с различными преобразователями.

Алгоритм расчета показаний вольтметра(т.к. все вольтметры отградуированы в средне квадратичном значении. Для преобразователей max значений с открытым и закрытым входом

требуется поправка – делить на √2 ,а для преобразователя средневыпрямленного значения поправкаумножить на 1,11.)

1)Определить какой тип вольтметра на какой преобразователь реагирует и рассчитать его.

2)Внести поправки (1,11 или 1/(2)½)из условий, что все вольтметры отградуированы в среднеквадратичных значениях синусоиды.

tи

1)Максимальное значение с открытым входом α=Um/(2)½

2)Максимальное значение с закрытым входом α=(Um-Uo)/(2)½ (Находим интегралы и получаем,

что Uo=Um·tи/T) α=(Um-Um·tи/T)/(2)½

3)Средневыпрямленное α=Ucр.в. · 1,11 = Um·tи·1,11/T

4)Среднеквадратичное α=Uср.кв = Um·(tи/T) ½

Цифровые вольтметры.

̶

Малая погрешность, большое входное сопротивление. В цифровом вольтметре неправильная величина напряжения преобразуется в дискретную и кодируется в 10-ом коде для отображения на ЖКиндикаторе.

Виды АЦП:

1) Кодоимпульсные 3) Частотоимпульсные

2)Времяимпульсные 4) С двойным интегрированием

Мультиметры.

Служат для :

1)измерения U,R,I

2)поиска разрыва цепи

3)измерения параметров транзисторов

4)температуры

Основа мультиметравольтметр т.к. I,R измеряется путем измерения напряжения на rψ и

Rx

Измерение тока:

rш- набор сопротивлений, которые переключаются при изменении диапазона сопротивлений.

Измерение сопротивления :

Источник тока I=const, Ux=Rx × I

Схема цифрового мультиметра

Схема аналогового мультиметра

Преимущества аналоговых мультиметров:

-Наблюдение напряжения в динамике -Легче следить за стрелкой вольтметра, чем на цифровом.

Недостатки:

-Низкое входной сопротивление -Низкая чувствительность на переменном токе(диоды не открываются) -большая погрешность

-Нелинейность шкалы при измерении R

Преимущества цифровых мультиметров:

1)Большое входное сопротивление 1 Мом(Слабое влияние на цепь при подключениии) 2)Маленькая погрешность(0,02%-1% от измеряемого значения)

3)Высокая чувствительность

4)Функциональные возможности(автоматический выбор пределов

5) Удержание показаний (HOLD)

6)Измерение max, min, avr

7)Подключение к ПК для передачи данных и управления мультиметром 8)Имеется таймер включения питания 9)Может иметь аналоговую цифровую шкалу

Виды Мультиметров

1)Мультиметры

2)Токовые Клещи

3)Стационарные мультиметры

4)Мультиметры со встроенным осциллографом

Токовые клещи

Токовые клещи служат для промышленных целей. Обычно их включают в разрыв цепи, но для мощных сетей-предприятий разрывать ток в кабелях нежелательно, т.к. идет технологический процесс. Токовые клещи позволяют измерять ток без разрыва цепи путем измерения магнитного поля вокруг проводника.

Амперметр обычно включают в разрыв цепи, это неудобно когда измеряют токи промышленного оборудования в сетях 220-380 В. Позволяют измерять ток без разрыва цепи,путем измерения магнитного поля вокруг проводника с током.

Существует 2 вида преобразователей :

1)Трансформатор тока(только для переменного тока), у которого первичная обмотка ? с током вторичноймноговитковая обмотка.

2)Датчик Холла. Измеряет постоянный и переменный ток. В п.п с током возникает напряжение U в магнитном поле. Токовые клещи предназначены для измерения больших токов(1÷100 А и проверки цепи на разрыв)

Стационарные мультиметры.

Совмещает преимущество стационарного вольтметра повышенной точности с большим экраном с переносным мультиметром.

Преимущества :

-большой размер дисплея -высокая яркость дисплея для его использования в производстве.

-маленькая погрешность ( 0,005 % от измеряемого значения) -много функций -подключение к ПК для сбора данных и управление прибором от ПК -питание от сети

Используется для контроля параметров изделия. Имеет высокую яркость и размер дисплея.

Мультиметры со встроенным осциллографом.

Для достоверности измерений желательно видеть форму сигнала, чтобы убедиться в отсутствие искажений, наводок и помех=> в некоторых моделях встроен миниатюрный осциллограф.

1)Осциллограф

2)Графический мультиметр

3)Порт.осцил. 4)Oscillophy

5)ScopeMeter

Когда желательно убедиться в правильности формы сигнала, отсутствия искажения, поводов и помех,используют встроенный осциллограф.

Параметры:

Полоса пропускания : 1-5 МГц

Порт для соединения с ПК : Rs-232 (Com порт) ЖК экран(200х200)

AutoSET

Все функции мультиметра.

Измерительные системы

И.с. состоит из 2х частей: компьютера и измерительных модулей и плат, в которой аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой формат данных для ввода в ПК.

И.с. – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и ПК, размещенных в разных точках контролируемых объектов с целью измерения одной или нескольких физических величин и выработке сигналов.

И.с. используются для измерения и управления

Объект измерения, датчик(первичные преобразователи) – преобразовывают физические величины в электрические ЦД – цифровые датчики (датчики с цифровым выходом, преобразователи в цифровые сигналы).

Они являются самостоятельными устройствами.

ЦР – цифровой регулятор (регистр) . Позволяет управлять объектом цифровым двоичным кодом. АР - аналоговый регулятор – для управления объектом аналоговыми сигналами.

Структурная схема измерительных систем:

ВУ – входное устройство. Предназначенное для преобразования амплитуды и формы входного сигнала к заданному уровню, находящемуся в рабочем диапазоне АЦП. ВУ включает аттенюатор и усилитель, фильтры, преобразователи переменного тока в постоянный , схема выборки хранения, коммутатор.

ЦВВ – цифровой ввод-вывод. Служит для получения сигнала от объекта измерений; управления объектами цифровыми кодами. Содержит 2ViP(8 бит)

Таймер – выравнивает период сигнала образцовой частоты, задает такт частоты работы АЦП и других устройств.

ЦУ – цифровые устройства для аппеляции ц.с. внутри измерительного модуля(умножители, фильтры и преобр. Фурье)

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь. Используется для измерения генераторов и для управления объектом а.с.

ОЗУ - для запоминания данных, поступающих на входы ИС Vозу=(1-1000) кБ ПЗУ – для хранения информации, внутреннего управления ИС(BIOS)

МП – микропроцессор для управления измерениями модулем КП – канал передачи. Преобразует данные машинной шины к стандартному интерфейсу ПК или к приборному интерфейсу.

Если измеряемый модуль – это плата ввода/вывода, то ее уст. В слоты ISA , PCI, а канал передачи обеспечивает прямую передачу данных через адресное пространство ПК.

Осциллогр. модуль – предназначен для отображений формы сигнала на мониторе ПК и сохранения сигнала в памяти.