2.Лабораторная работа №1 изучение электронных измерительных приборов, их технических и метрологических характеристик цель работы

Изучить источник питания ВИП-009, милливольтметр ВЭ-38, универсальный вольтметр B7-I5, низкочастотный генератор сигнала ГЗ-56/1, их технические характеристики и органы управления приборов.

Приобрести практические навыки пользования источником питания и измерительными приборами при измерении постоянных и переменных синусоидальных напряжений. Оценить возникающие при этом погрешности, связанные с классом точности прибора, частотой, выбором преде­ла измерения. Научиться измерять величину активного сопротивления универсальным вольтметром B7-I5.

Краткие теоретические сведения

1. Понятие точности, погрешности измерительных приборов

Точность показывает, как близко измеренное значение к истинному значению измеряемого параметра, При этом под абсолютной погрешностью (ошибкой) понимают разность показываемого значения и истинного, или действительного, значения параметра:

ΔХ =Х_а – Х, (1)

14

где ΔX - абсолютная погрешность измерения; Х_а- измеряемое значение параметра; X - истинное значение параметра.

Под истинным значением понимают значение, показанное идеальным измерительным прибором, свободным от погрешности. Практически это значение заменяется действительным значением, определяемым с помощью прибора, имеющего более высокий класс точности. Для измерительных приборов погрешности, вызванные неточностью конструкции, указывают в виде класса точности прибора (% от конечного отклонения).

Например, прибору, имеющему полную шкалу 10 В, приписывается класс точности I. Это значит, что при любом отсчете стрелка прибора может отклоняться от истинного значения не более чем на 0,1 В. При этом относительная ошибка δ₀ определяемая по формуле:

(2)

отнесенная к началу диапазона измерения, будет значительно больше, чем отнесенная к его концу, т.е. для того же прибора, в случае если он показывает 9 В, истинное значение может быть от 9,1 до 8,9 В, т.е.:

Если прибор показывает 2 В, то ошибка вырастает до:

Следовательно, для большей точности следует выбирать подходящий диапазон шкалы измерительного прибора.

15

2. Источник питания ВИП 009

Источник питания ВИП-009 (ИП) является универсальным двухканальным источником напряжения постоянного тока, который предназначен для питания малоточных (максимальный ток 1 А) низковольтных цепей электронных схем. Величина напряжения в обоих каналах устанавливается независимо в диапазоне 2-15 В ступенчатыми и плавными регуляторами выходного напряжения источника и контролируется с помощью измерительных приборов, имеющихся в каждом канале. Класс точности измерительных приборов невысок, что приводит к значительным погрешностям при установке выходного напряжения канала. Включение каналов источника питания может быть одиночное и параллельное.

При работе с источником питания необходимо ручки регулировки выходного напряжения ГРУБО и ПЛАВНО установить в крайнее левое положение, кнопки РОД РАБОТЫ поставить в положение ОДИНОЧН. Подключить источник питания к сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц при помощи сетевого шнура. (Проверив предварительно заземление корпуса)

Тумблером СЕТЬ включить источник питания, при этом должен загореться индикатор СЕТЬ, источник питания готов к работе с двумя независимыми друг от друга выходными каналами.( Выходными клеммами выбранного канала являются клеммы “+ “ и “ - “)В случае необходимости параллельной работы каналов необходимо соединить внешними проводниками одноименные выходные клеммы каналов и установить кнопку РОД РАБОТЫ в положение ПАРАЛ. Управление выходным напряжением в данном режиме работы производить только органами управле­ния канала 1 при одинаковом положении ручек ГРУБО каналов.

3. Милливольтметр В3 - 38

Милливольтметр предназначен для измерения эффективных значений напряжения переменного синусоидального тока

16

с частотой 20 Гц - 5 МГц в диапазоне от 100 мкВ до 300 В в 12 пределах: 1; 3; 100; 300 мВ, 1; 3; 10; 30; 100; 300 В. Точность измерений напряжений на пределах от 1 до 300 мВ составляет ±2,5 % и в пределах от 1 до 300 В составляет ±4 % в диапазоне частот от 45 Гц до 1 МГц.

Прибор состоит из входного делителя, преобразователя импеданса, аттенюатора (точного ступенчатого делителя напряжения), широкополосного усилителя, детектора и стрелочного индикатора.

Входной делитель имеет коэффициент деления 1:1000. Переключение его плеч происходит при переходе с предела 300 мВ на предел 1 В, при этом минимальное входное сопротивление измерительного прибора составляет 5 МОм.

Аттенюатор служит для переключения пределов измерения милливольтметра. Он имеет 6 ступеней до 10 дБ и обеспечивает требуемую точность деления во всем диапазоне частот. Измеряемый сигнал с аттенюатора подается на вход широкополосного усилителя, который реализован на четырех транзисторах и охвачен глубокой отрицательной обратной связью.

Детектор выполнен в виде диодно-резистивного выпрямительного моста, в диагональ которого включен стрелочный измеритель.

Измеритель стрелочный - магнитоэлектрический микроамперметр 100 мА класса 1,0 на всю шкалу. Питание милливольтметра осуществляет-. ее от сети переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

Перед включением прибора в сеть необходимо заземлить его корпус. Затем проверить механический нуль прибора и при необходимости его подкорректировать. Переключатель пределов измерения уставить на самый высокий предел: 300 В. Только тогда милливольтметр можно включать в электрическую сеть. После 5-минутного прогрева милливольтметр готов для проведения измерений.

Шкала прибора состоит из двух аналогичных шкал, разбиение сделано для удобства снятия показаний, т.е. одна шка-

17

ла кратна 3, вторая - 10. 100 %-ное отклонение стрелки соответствует значению измеряемого напряжения (В), установленному на переключателе пределов измерения милливольтметра.

4. Универсальный вольтметр В7 - 15

Универсальный вольтметр предназначен для измерений напряжения постоянного тока, эффективных значений напряжений переменного тока синусоидальной формы и сопротивлений.

Диапазон измеряемых напряжений постоянного тока от 0, 03 В до 1000 В на пределах 0,3; 1; 3; 10; 30; 100; 300; и 1000 В, точность измерений напряжений на всех пределах составляет ±2,5 %.

Диапазон измеряемых напряжений переменного тока с частотой 2 Гц - I МГЦ - через входные клеммы от 0,2 до 1000 В ( в 7 пределах: 1; 3; 10; 30; 100; 300 и 1000 В.) Точность измерений напряжений переменного тока в пределах 10, 30 и 100 В составляет ±2,5 %, .а в пределах 1; 3; 100 В - ±4%.

Диапазон измеряемых сопротивлений от 10 Ом до 100 МОм ( в 7 пределах: 0,1 ком; х 1 кОм; х 10 кОм; х 100 кОм; х I МОм; ± 10 МОм; х 100 МОм). Точность измерений сопротивлений составляет ±2,5 %, на пределах : х 0,1 кОм, х 1 ком, х 10 кОм, х 100 кОм. х I МОм; ± 10 Мом, а на пределе х 100 Мом - ±4%.

Прибор состоит из двух делителей на входе как при изменении постоянных напряжений, так и при измерении переменных синусоидальных напряжений. Для измерения сопротивлений имеются: набор образцовых резисторов, блок питания. Для снятия показаний применяется стрелочный микроамперметр с добавочным резистором и шунтом, которые служат для точной установки границ шкал на всех пределах измерения.

Прибор оснащен высокочастотным шунтом для измерения переменного напряжения на очень высоких частотах, когда необходимо ослабить влияние паразитных емкостей. Во

18

всех остальных случаях щуп должен быть плотно поставлен в соответствующее гнездо . В этом случав для измерения переменных напряжений до 100 В используют клеммы “1 - 100“ и “*“, свыше 100 В - клеммы “0,1 КU и “*“. При измерении постоянного напряжения до 10 В используют клеммы “0,3 – 10“ и ““┴ а, свыше 10 В - клеммы “┴“ и “30 - 1000“. Изменение полярности измеряемого постоянного напряжения можно осуществить с помощью переключателей“ U+“ и “ U-“.

Прибор имеет четыре рабочие шкалы. Верхние две шкалы равномерные, аналогичные шкалам милливольтметра ВЗ-38, служат для снятия показаний при измерениях как на постоянном, так и на переменном токе. Третья шкала (со смещенным нулем) предназначена для измерений переменного синусоидального напряжения на пределе 1 В. Последняя шкала имеет размерность в Омах

Подготовка прибора к работе аналогична подготовке к работе милливольтметра ВЗ-38 и сводится к установке в случае необходимос­ти механического нуля стрелочного прибора и прогрева вольтметра в течение 5 мин. по окончании прогрева необходимо подготовить прибор к проведению измерений. Для этого следует сбалансировать усилитель постоянного тока, для чего переключатель пределов измерений установить в положение "0,3 В", нажать кнопку "U+*" или "U-", при закороченных клеммах “0,3 – 10“ и ““, ручкой "0" установить стрелку прибора на нулевую отметку шкалы "U~".

Прибор готов к работе для измерений величин напряжений постоянного тока. При измерении напряжений синусоидального вида необходимо сбалансировать УПТ описанным выше методом, затем установить переключатель пределов на " 1V " в нажать кнопку "U~", закоротить выходные клеммы " * " и "1-100 V " и, убедившись, что пробник вставлен в гнездо , установить стрелку прибора на нулевую отметку шкалы "~1V " ручкой "0~1V ".Установку нуля прибора в остальных пределах измерения производить не надо, т.к. остаточное отклоне-

19

ние стрелки прибора от нулевой отметки не влияет на погрешность измерения.

При измерении активного сопротивления установить переключатель пределов на необходимый предел измерения и нажать кнопку «R». Ручкой «0» установить стрелку прибора на отметку « ∞» шкалы « Ω». Затем закоротить клеммы с надписью «Rx» и ручкой « 0Ω» установить стрелку прибора на нулевую отметку шкалы « Ω». После этого подключить измеряемый резистор и произвести отсчет по шкале вольтметра.

5. Низкочастотный звуковой генератор Г3 – 56/1

Низкочастотный звуковой генератор представляет собой источник синусоидального напряжения, он состоит из задающего автогенератора, который является RC – автогенератором, реализованным на основе моста Вина; усилителя мощности, который является усилителем мощности звуковых частот с линейной характеристикой; аттенюатора (ступенчатого делителя напряжения); согласующего выходного трансформатора и вольтметра, который подключен на выходе усилителя мощности.

Основные технические характеристики генератора: диапазон частот от 20 до 200000 Гц с основной погрешностью по установке частоты не более ± (0, 02 F + 0, 5 Гц), где F – частота, отсчитываемая по шкале генератора; основная приведенная погрешность установки выходного напряжения при работе генератора на нагрузке 600 Ом на несимметричном входе при нулевом положении переключателя «ОСЛАБЛЕНИЕ», децибел не превышает 4 %, для остальных вариантов расположение органов управления и симметричного выхода не нормируется.

На переднюю панель выведены все ручки управления генератором. При включении сетевого тумблера должна загораться сигнальная лампочка, указывающая, что генератор включен в электрическую сеть. С помощью ручки настройки и переключателя диапазонов по шкале генератора устанавлива-

20

ется необходимая частота синусоидального уровня выходного напряжения. Переключателем устанавливается требуемый диапазон уровня выходного напряжения, а ручкой переменного резистора - требуемое значение выходного напряжения. Деление напряжения аттенюатора зависит от нагрузки. Например, если сопротивление нагрузки 5, 50, 600 Ом или 5 кОм, то устанавливается соответствующее положение переключателя при включенной нагрузке.

В этом случае показания стрелочного индикатора будут соответствовать действующему значению выходного напряжения, при других сопротивлениях нагрузки показания стрелочного индикатора не будут совпадать с действующим значением выходного напряжения. Если сопротивление нагрузки много больше того значения, что указано над переключателем, то необходимо тумблером включить внутреннюю нагрузку, величина которой составляет 600 Ом. Таким образом, при включенной нагрузке и положении переключателя «600» показания стрелочного индикатора также будут соответствовать действующему значению на несимметричном выходе.

У генератора имеется 5 клемм, подключенных к согласующему трансформатору (рис. 1).

Рис. 1. Выходные клеммы генератора

21

Клемма 11 – средняя точка согласующего трансформатора; клемма 12 – несимметричный выход генератора с малой нагрузочной способностью4 клемма 10 – общая точка; клемма 9 – средняя точка согласующего трансформатора; клеммы 13 и 14 образуют симметричный и несимметричный выходы генератора. Для получений напряжений с клемм 13 и 14, одинаковых по величине и симметричных относительно корпуса генератора, средняя точка согласующего трансформатора (клемма 11) соединяется с клеммой 10 корпуса металлической перемычкой (рис. 1).

Для получения несимметричного напряжения на клеммах 13 и 14 на внешних нагрузках соответственно 5, 50, 600 и 5000 Ом перемычка подключается к клемме 13 (на рис. 1 показана штриховой линией).