5. Методичні вказівки щодо виконання практичної роботи

5.1. Для виконання п.2.1 занести інформацію про метрологічні характеристики вольтметрів в підготовлену заздалегідь таблицю (табл.1).

Таблиця 1 Основні метрологічні характеристики вольтметрів

Найменування метрологічної характеристики	Амплітудний вольтметр	Вольтметр середньовипрямленого значення	Вольтметр середньоквадратичного значення	Вольтметр цифровий

У таблиці повинні бути відображені такі параметри вольтметрів:

• тип приладу і його заводський номер;

• межі вимірювання;

• робочий діапазон частот;

• вид перетворювача;

• вид градуювання;

• вид входу (закритий, відкритий);

• вхідний опір, вхідна ємність;

• межі допустимої основної і додаткової похибки (клас точності);

• умови експлуатації.

2. Виконання п. 5.3 здійснюють шляхом послідовного підключення до джерела сигналу довільної форми вольтметрів з різними типами перетворювачів. Вимірювання кожного з інтегральних параметрів напруги сигналу довільної форми можливе тільки вольтметром з адекватним перетворювачем. Результати вимірювань і розрахунків занести в табл.2.

Рисунок 1. Схема вимірювання

Оцінка похибки вимірювання напруги вольтметром здійснюється шляхом встановлення меж допустимої похибки Δ_пред по класу точності вольтметра (клас точності вказується на шкалі приладу, в паспорті і технічному описі приладу). Якщо значення параметру дорівнює показанню вольтметра (градуювальний коефіцієнт С дорівнює 1), то похибка вимірювання параметра ΔU дорівнює похибці показів вольтметра ΔU_v. Якщо градуювальний коефіцієнт С не дорівнює 1, то

.

Таблиця 2 Результати вимірювань пікового U_m, середньовипрямленного U_сp._в і середньоквадратичного U значень напруги

Вид вимірюваного параметру	Тип вольтметра	Тип перетворювача	Вид градуювання	Градуювальний коефіцієнт	Показання вольтметра, В	Значення параметру, В	Похибка вимірювання,%
Um
U
Uср.в

2. Вимірювання значення коефіцієнтів амплітуди К_а, форми К_ф, усереднення К_у (п. 2.3) можна здійснити непрямим шляхом відповідно до виражень:

де

U_rn – пікове;

U – середньоквадратичне;

Uср.в – середньовипрямлене значення напруг.

Методика вимірювання U_m, U, U_ср.в описана в п. 5.2, а схема вимірювання наведена на рис. 2.

Рисунок 2 Схема вимірювання коефіцієнтів амплітуди, форми і усереднення

Результати вимірювань для сигналів різної форми звести в табл. 3 і 4. Вимірювання виконати для чотирьох сигналів різної форми.

Таблиця 3 Результати вимірювання параметрів U_rn, U, U_ср.в для сигналів різної форми

Форма сигнал	Піковий вольтметр			Вольтметр середньовипрямлених значень			Вольтметр середньоквадратичних значень
	Uv,В	Um,B	∆Um,B	Uv,В	Uср.в,В	∆Uср.в,B	Uv,В	U, В	∆U, В

Таблиця 4 Результати вимірювання параметрів К_а, К_ф, К_у сигналів різної форми

Форма сигналу	Ка	∆Ка	δΚа,%	Кф	∆Кф	δΚф,%	Ку	∆Ку	δΚу,%

Оцінку похибки вимірювання параметрів К_а, К_ф, К_y виконати за методикою оцінки похибки непрямих вимірів (с. 80-82 / 1 /, с.47 / 2 /).

5.4.Вимірювання середнього значення напруги піковим вольтметром (п. 2.4) можливо, якщо є можливість вимірювання з закритим і відкритим входами.

При вимірюванні з відкритим входом показання пікового вольтметра U_nвідкр дорівнює істинному значенню амплітуди сигналу, помноженому на градуювальний коефіцієнт С_n:

У разі закритого входу показання вольтметра визначаються виразом:

Самостійно розробіть схему вимірів, враховуючи при цьому відсутність закритого входу в вольтметрі і необхідність контролю форми сигналу осцилографом. Проведіть вимір для однополярних імпульсів з різною добротністю (2¸ 4 варіанти). Результати спостережень зведіть в табл.5.

Таблиця 5 Результати спостережень і вимірювань середнього значення U_ср піковим вольтметром

Форма сигналу	Unзакр, В	∆Unзакр, В	Unвідкр, В	∆Unвідкр, В	Сn	Ucp	∆Ucp	δUρр

Оскільки середнє значення напруги знаходять непрямим шляхом, то оцінку похибки знаходять за методикою оцінки похибки непрямих вимірів (c.80 – 82 /1 /, с.47 / 2. / ) .

5. У зв’язку з тим, що вхідний опір вольтметра не дорівнює нескінченності, виникає похибка, яка тим більша, чим більший внутрішній опір об'єкта вимірювання. Вхідний опір вольтметра носить комплексний характер, проте, в області низьких частот впливом вхідної ємності можна знехтувати, тобто вважати його чисто активним і рівним R_v.

Еквівалентна схема вимірювання напруги для цього випадку показана на рис.1, а на рис.3 – схема експерименту для виконання п. 2.5 практичного завдання. За допомогою перемикача на практичному макеті можна змінювати вихідний опір джерела сигналу R_дж від нуля до максимального значення. При R_дж = 0 систематична похибка відсутня, тому показання вольтметра U_v (0) в цьому випадку можна прийняти за дійсне значення, а абсолютну систематичну похибку вимірювання напруги ΔU_c, викликану впливом вхідного опору вольтметра R_v на об'єкт вимірювання, визначити з виразу:

Рисунок 3 Схема вимірювання систематичної похибки, викликаної впливом вольтметра на досліджуваний об'єкт

Вимірювання виконати при частоті гармонійного сигналу 1000 Гц. Достовірність вимірювань буде максимальна, якщо R₍₀₎ встановити рівним кінцевому значенню шкали вольтметра (за допомогою регулятора на генераторі сигналу). Вимірювання виконати для трьох вольтметрів при 4 – 5 значеннях опору джерела. Результати спостережень занести в табл. 6.

Таблиця 6 Результати дослідження систематичної похибки вимірювання напруги; f = ... Гц; гармонійний сигнал

Тип вольтметру
Rv, МОм
Rucт, МОм	Uv, В	δс, %	Uv, B	δс, %		Uv, В	δс, %
0…

Побудувати графіки залежності відносної систематичної похибки вимірювання від значень опору джерела сигналу (звернути увагу на знак). На основі аналізу отриманих результатів зробити висновки.

5.6. Вимірювання вхідного опору вольтметрів в області низьких частот.

5.6.1. Розробити методику і схему вимірювання вхідного опору електронного вольтметра, використовуючи прилади, перераховані в методичних вказівках і резистори практичного макета.

5.6.2. Розробити таблицю для запису результатів спостережень і розрахунків.

5.6.3.Провести експеримент з вимірювання вхідних опорів для різних вольтметрів, обробити результати спостережень.

5.6.4. Оцінити похибку вимірювання.

5.6.5. Порівняти отримані результати з паспортними даними, зробити висновки.

5.7. Дослідження частотної похибки електронного вольтметра.

5.7.1. За технічними характеристиками виявити найменш широкосмуговий вольтметр і використовувати його в якості досліджуваного. В якості зразкового вольтметра вибрати найбільш широкосмуговий вольтметр з наявних.

5.7.2. Розробити схему вимірів для дослідження частотної похибки шляхом порівняння показань досліджуваного і зразкового вольтметрів.

5.7.3. Розробити таблицю для запису результатів спостереженні та розрахунків при дослідженні залежності відносної похибки вимірювання напруги від частоти.

5.7.4. Заповнити таблицю, провівши вимірювання на 7 – 10 частотах у робочому діапазоні частот випробуваного вольтметра і на 4 – 6 частотах за його межами.

5.7.5. Побудувати графік залежності.

5.7.6. За результатами дослідження зробити висновки, вказавши причини частотних похибок в електронних вольтметрах.

5.8. Дослідження впливу довжини з'єднувальних провідників на показання вольтметра на високих частотах.

5.8.1. На високих частотах на свідчення вольтметра істотно починає впливати ємність і індуктивність вхідного кола електронного вольтметра, до складу якого входить ємність і індуктивність сполучних провідників. Розробити методику дослідження залежності похибки вимірювань від довжини з'єднувальних провідників для самого високочастотного електронного вольтметра.

5.8.2. Розробити схему експериментальних досліджень та таблицю для запису результатів спостережень і вимірювань.

5.8.3. Провести експеримент при мінімально можливій довжині провідників і при довжині 1 – 2м в широкому діапазоні частот. Обробити результати спостережень.

6. Зміст звіту

6.1. Звіт з практичної роботи повинен бути оформлений відповідно до вказівок по оформленню звітів кожним членом бригади.

6.2. У звіті необхідно відобразити: метрологічні характеристики усіх використовуваних вимірювальних приладів; електричні схеми вимірювань засобів вимірювань по кожному пункту програми практичної роботи, виконані відповідно до вимог ГОСТів, формули обробки результатів спостережень і вимірювань по кожному пункту; результати спостереження, розрахунків і вимірювань, які, як правило, повинні бути зведені в таблиці; графіки і схеми повинні бути забезпечені підрисунковими підписами; по кожному пункту програми практичної роботи на основі аналізу результатів повинні бути зроблені висновки.