Принцип дії інтегруючого вольтметра в 7-27.

Цифрові інтегруючі вольтметри є найбільш точними приладами для вимірювання напруг постійного та змінного струмів завдяки високим коефіцієнтам придушення перешкод нормального виду. Перешкода нормального виду це змінна напруга промислової частоти f = 50 Гц, яка накладається на сигнал вимірювальної інформації.

Реальна часова діаграма напруги на вхідних затискачах вольтметра, приєднаного до джерела вимірюваної постійної напруги U_x, показана на рис.5.2.

Д

Рис. 5.2. Часова діаграма напруги на вхідних затискачах вольтметра

ля зменшення дії U_mn перешкоди у цифрових вольтметрах інтегруючого типу використовується засіб двотактного інтегрування.

Інтегратор – це операційний підсилювач з конденсатором в колі зворотного зв’язку. Напруга на виході інтегратора змінюється по лінійному закону.

(2)

де U_mn, ω - амплітудне значення та кутова частота напруги перешкоди;

U_xсер – середнє значення напруги U_x за час Δt_інт.

Якщо Δt_інт= T∙m (m =1,2,3..), а Т = 1/f, то

, (3)

(визначений інтеграл від періодичної функції за період дорівнює нулю), вплив напруги перешкоди буде зведений до нуля та U_xсер = U_x . Цифрові вольтметри інтегруючого типу вимірюють середнє значення вхідної напруги U_сер за деякий фіксований інтервал часу Δt_інт.

Спрощена структурна схема і часові діаграми, що пояснюють роботу такого вольтметра, показані на рис.5.3(а).

Умовні позначення:

ВП – вхідний пристрій; АЦП – аналого-цифровий перетворювач; I – інтегратор; ПП – порівнювальний пристрій; ПК – пристрій керування; ГІСЧ – генератор імпульсів стандартної частоти; ДШ – дешифратор; К₁, К₂, К₃ – ключі; Тр –тригер; Л – лічильник(підрахунковий пристрій); ЦД – цифровий дисплей (відліковий пристрій).

Вхідний пристрій складається з вхідного подільника, що забезпечує необхідний коефіцієнт передачі в залежності від величини вимірювальної напруги, та підсилювача для забезпечення високого вхідного опору та малих вхідних струмів вольтметра.

При відсутності сигналу вимірювальної інформації аналогові ключі К₁ і К₂ і логічний ключ К₃ розімкнені. На початку циклу вимірювання вихідним сигналом пристрою керування ПК ключ К₁ переводиться в стан „замкнуто” і перебуває в цьому стані на протязі фіксованого інтервалу часу Δt₁= Δt_інт. Через ключ К₁ на вхід інтегратора І на протязі Δt₁ подається вимірювальна напруга U_х.(рис.5.3.б). Інтервал Δt₁ являється першим тактом інтегрування (пряме інтегрування). Початок команди „пряме інтегрування” синхронізоване з напругою мережі. При позитивній полярності U_х΄ напруга на виході інтегратора І під час першого такту лінійно зменшується (рис.5.3.г).

(4)

Такт прямого інтегрування Δt₁ визначається кварцовим генератором Δt₁ = m∙T (для даного вольтметра Δt₁ = 80 мкс).

При t = Δt₁ пристрій керування видає команду „кінець прямого інтегрування”, ключ К₁ переводиться в стан „розімкнуто”, а ключ К₂ и К₃ через тригер переходять в стан „замкнуто”. Через замкнутий ключ К₂ при t = t₁ на інтегратор подається напруга U₀, полярність якої протилежна полярності U_х (рис.5.3.в). Через відкритий ключ К₃ проходять імпульси від

Рис.5.3. Функціональна блок-схема і часові діаграми цифрового інтегруючого вольтметра

генератора стандартної частоти на лічильник (Л). Інтегрування U₀ складає другий (зворотний) такт інтегрування, на протязі якого вихідна напруга інтегратора І лінійно збільшується (рис.5.3.г).

(5),

В момент t = t₂, коли вихідна напруга інтегратора U₁ буде дорівнювати нулю, порівнювальний пристрій ПП посилає сигнал на тригер, в результаті чого розмикаються ключі К₂ і К_3. Зворотне інтегрування закінчено.

Тривалість другого такту інтегрування визначається з умови:

(6)

Ураховуючи (1), (2), (3), (4), (5), одержимо:

U₀∙(t₂ – t₁) = U_хсер ∙Δt₁; якщо Δt₂ = t₂ – t₁; (7);

частота імпульсів ГІСЧ f₀, то , а число імпульсів N, записане у лічильнику за час зворотного інтегрування (рис.5.3, д)

, або . (8)

Приймаючи до уваги, що Δt₁,U_{0 ,}Т ₀ – постійні величини

, де (9)

Тобто число імпульсів N пропорційне вимірюваній напрузі.

Двійковий код числа N, підрахований лічильником імпульсів перетворюється дешифратором ДШ в десятковий код і висвічується на цифровому дисплеї.

2. Вимірювання електричних і неелектричних величин із застосуванням ЦВП.

2.1. Вимірювання частоти синусоїдного сигналу.

Вимірювання частоти синусоїдного сигналу і перевірка електромеханічного частотоміра, встановленого на лабораторному стенді, виконується в такому порядку:

а) зібрати схему, приведену на рис.5.4.

б

Рис. 5.4. Схема для вимірювання частоти мережі

) зробити перевірку працездатності частотоміра Ч3-32. Подати вхідний сигнал вимірюваної частоти з роздільного трансформатора 220/12 В на гніздо входу „A” („ВХОД А“ дозволяє вимірювати частоту від 0,1 Гц до 10 МГц);

в) встановити перемикач „РОД РАБОТЫ” в положення „f”;

г) встановити час індикації в положення, зручне для відліку показань;

д) встановити перемикач „ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ” в одне з положень „0,001 с-100 с” в залежності від необхідної точності (для частоти 50 Гц – 10 с);

е) встановити тумблер скидання в положення „АВТОМАТ” або „РУЧН. ВНЕШН.” в залежності від режиму управління роботою частотоміра;

і) встановити тумблер „ГЕНЕРАТОР” в положення „ВНУТР.”, або „ВНЕШН.” в залежності від того, який генератор використовується при вимірюванні.

Показання цифрового і електромеханічного частотомірів записати в табл. 5.1. За даними вимірювань обчислити похибки частотомірів.

Основна відносна похибка цифрового частотоміра визначається за формулою (1), а електромеханічного частотоміра за формулою:

, (10)

де Δf – абсолютна похибка;

f_max – кінцеве значення діапазону вимірювань електромеханічного частотоміру.

Таблиця 5.1

Результати вимірювання частоти мережі

№ п /п	Час рахунку, с	Показання приладів		Похибки електромеханічного частотоміра		Відносна похибка цифрового частотоміра, %
		електромеханічного частотоміра, Гц	цифрового частотоміра Гц	абсолютна, Гц	відносна, %
1 2 ... 6

2.2. Вимірювання частоти високочастотних сигналів.

У роботі використаний частотний перетворювач ПГ, призначений для перетворення кутових або лінійних переміщень в пропорційну зміну частоти сигналу змінного струму. Індуктивний датчик ПГ перетворює кутове чи поступальне переміщення плунжера в індуктивність, яка в електронному блоці (двокаскадний підсилювач) перетворюється в частоту з допомогою автогенератора, частотозадаючим елементом якого є квазирезонансне RC-коло. Амплітуда вихідного сигналу перетворювача U_вих = (1,2 – 2) В на всьому діапазоні частот.

Частотний сигнал перетворювача може бути використаний для подачі на вхід інтегруючих пристроїв, для введення інформації в різні пристрої цифрової автоматики, в керуючі або обчислювальні машини.

Зібрати схему (рис 5.5).

Змінюючи кут повороту  частотного перетворювача ПГ виміряти частоту на його виході при двох положеннях перемикача „час рахунку” цифрового частотоміра. Обчислити відносну похибку вимірювання і зробити висновки про вплив часу вимірювання на похибки. Дані вимірювань занес

Рис.5.5. Схема для вимірювання частоти високочастотних

сигналів

ти в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2

Результати вимірювань високочастотних сигналів

α	Час рахунку 0,1 с		Час рахунку 1 с
	f	δ	f	δ
град	Гц	%	Гц	%
1. 2. 3. 4.

2.3. Вимірювання напруги.

Зняти залежність вихідної напруги диференціально-трансформаторного перетворювача (ДТП) від переміщення мікрогвинта.

Принцип роботи ДТП.

Первинна обмотка ДТП з незамкненим магнітним колом вмикається до джерела синусоїдальної напруги. Вторинна обмотка складається з 2 секцій, які увімкнуті зустрічно. При симетричному положенні осердя відносно секцій вторинної обмотки електрорушійна сила на вихідних затискачах дорівнює нулю. При переміщенні осердя в секціях вторинної обмотки індукуються різні е.р.с. і на вихідних клемах виникає сигнал. Такий ДТП використовується для перетворення неелектричних величин (відстань, тиск, зусилля) в електричні.

З

Рис. 5.6. Схема вимірювання напруги при переміщенні

мікрогвинта

ібрати схему (рис.5.6). Виміряти напругу на виході ДТП в залежності від переміщення мікрогвинта. Довжину l, при якій вихідний сигнал знижується до нуля, визначити за допомогою електронного осцилографа С1-1.

Дані занести в таблицю 5.3.

Табл. 5.3

Результати вимірювання напруги при переміщенні мікрогвинта

l, мм
U, В
δU,%

Порівняти покази вольтметрів електромагнітної системи і В7-27, зробити висновки. Побудувати залежність U = f(l). Обчислити похибки цифрового вольтметра.

Зміст звіту

1. Мета роботи.

2. Функціональні блок-схеми приладів Ч3-32 і В7-27 (рис.5.1, 5.3).

3. Схеми вмикання приладів (рис.5.4, 5.5, 5.6).

4. Таблиці виміряних величин (табл.5.1, 5.2, 5.3).

5. Функціональна залежність U = f(l).

Список літератури

1. Метрологія та вимірювальна техніка: Підручник / Є.С.Поліщук, М.М. Дорожовець, В.О. Яцук, В.М. Ванько, Т.Г. Бойко; За ред. проф.. Є.С. Поліщука. – Львів: Вид-во „Бескид Біт”, 2003. – 544 с.

2. Основы метрологии и электрические измерения, под ред. Е.М.Душина. – Л.: Энергоиздат, 1987г.

3. Электрические измерения, под ред. В.Н.Малиновского. – М.: Энергоиздат, 1985г.

3. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин, под ред. Е.С.Полищука. – К.: «Вища школа», 1984г.

Додаткова література

1. Н.Н.Евтихиев, Я.А.Купершмидт, В.Ф.Папуловский, В.Н.Скугоров. Измерение электрических и неэлектрических величин. – М.: Энергоатомиздат, 1990г.

2. Э.Г.Атамалян. Приборы и методы измерения электрических величин. – М.: Высшая школа, 1989г.

	Зміст	стор.
1.	Інструкція з техніки безпеки в лабораторії електричних вимірювань	3
2.	Загальні вимоги до виконання лабораторних робіт з курсу “Основи метрології та електричні вимірювання”	4
3.	Лабораторна робота №1 “Вивчення електромеханічних приладів і мір електричних величин”	6
4.	Лабораторна робота №2 “Перевірка електровимірювальних приладів”	10
5.	Лабораторна робота №3 “Електронно-променевий осцилограф і його застосування”	22
6.	Лабораторна робота №4 “Дослідження вимірювальних трансформаторів”	35
7.	Лабораторна робота №5 “Цифрові вимірювальні прилади і їх застосування при вимірюванні електричних та неелектричних величин”	45
	Список літератури	58

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу „Основи метрології та електричні вимірювання” для студентів електротехнічних спеціальностей усіх форм навчання.

УКЛАДАЧ: Чернякова Світлана Михайлівна

Реєстрац. № ______________

Підписано до друку ___________ 2004 р.

Формат А5

Обсяг 60 стор.

Тираж 100 прим.

м.Кривий Ріг,

вул.. ХХІІ партз’їзду, 11

64