Контрольные вопросы

1. Указать цели и область применения генераторов измерительных сигналов, также дать их классификацию и основные параметры.

2. Сформулировать основные принципы формирования структуры генераторов сигналов инфранизкой частоты.

3. Привести функциональную схему генераторов сигналов низкой частоты, а также принципы построения их задающих генераторов.

4. Привести функциональную схему генераторов сигналов высокой частоты и назначение их блоков.

Рекомендуемая литература

Основная

1. Голуб О.В. Стандартизация, метрология и сертификация: учебное пособие / Голуб О.В., Сурков И.В., Позняковский В.М.— С.: Вузовское образование, 2014. 334— c.

2. Бисерова В.А. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие / Бисерова В.А., Демидова Н.В., Якорева А.С.— С.: Научная книга, 2012. 159— c.

3. Димов Ю. Метрология, стандартизация и сертификация.- Питер.-2014

Дополнительная

4. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1978. – 360 с.

5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Г3-112 (генератор низкой частоты).

6. Техническое описание и инструкция по по эксплуатации Г4-158 (генератор высокой частоты).

7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации частотомера Ч3-34.

Лабораторная работа №3 изучение вольтметров

Цель работы: ознакомление с принципом действия, устройством приборов для измерения напряжения, исследование их основных метрологических характеристик и приобретение практических навыков работы с измерительными приборами.

Задача: определить разницу между результатами измерений напряжения приборами разного класса точности

Приборы: вольтметры В7-16А, В7-23, В3-56, генератор Г3-112, источник бесперебойного питания

Порядок выполнения работы:

1. Изучить технические описания и инструкции по эксплуатации вольтметров. Обратить особое внимание на: назначение, технические данные, устройство и принцип действия, подготовку к работе и назначение органов управления, порядок работы.

2. Получить допуск у преподавателя, ответив на вопросы касающиеся цели, задач и хода работы, предполагаемых выходных результатов и способов их обработки, а также технических характеристик и приемов работы с измерительными приборами

3. Выполнить работу, согласно хода работы

Краткие теоретические сведения

Эл-ые вольтметры постоянного тока выполняются по схеме (рисунок 1).

Рисунок 1 Структурная схема вольтметра постоянного тока

Измеряемое напряжение U_х подается на входное устройство, которое является многопредельным высокоомным делителем напряжения на резисторах. Делитель и усилитель постоянного тока (УПТ) ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма.

Входное сопротивление электронного вольтметра до десятков МОм, диапазон измеряемых напряжений постоянного тока – от десятков милливольт до ки­ловольт.

Эл-ые вольтметры переменного тока по двум структурным схемам (рисунок 2).

а) б)

Рисунок 2 Структурные схемы вольтметров переменного тока: а) широкополосные; б) высокочувствительные

В первой схеме (а) измеряемое напряжение U_x преобразуется в постоянное с помощью детектора, а затем усиливается УПТ и воздействует на измеритель­ный механизм. По такой схеме могут строиться вольтметры, обладающие широким частотным диапазоном (10Гц ÷ 1000МГц), но не могущие измерять напряжения меньше десятых долей вольта, т.к. детектор выпрямляет доста­точно большие напряжения.

Во второй схеме (б) усиление производится на переменном токе (имеется усилитель переменного тока), а затем усиленный сигнал детектируется и воз­действует на измерительный механизм. Такого рода схема позволяет строить чувствительные вольтметры с низким пределом измерения до единиц микровольт. Однако они обладают меньшим частотным диапазо­ном, поскольку частотный диапазон усилителя переменного тока сложно сделать большим.

В зависимости от применяемой схемы выпрямления вольтметры подраз­деляются на вольтметры средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратичного значений.

Детекторы средневыпрямленного значения – обычные выпрямители на полупроводниковых диодах

Амплитудные детекторы – детекторы пиковых значений, обычно диод и емкость, как накопитель. Однако они требуют высокого сопротивления нагрузки (50 ÷ 100Мом). Поэтому они используются в схемах, где их нагруз­кой является УПТ, т.к. он имеет высокое входное сопротивление.

Детекторы среднеквадратичного значения используют квадратичный участок ВАХ диода или диодной цепочки. В результате среднее значение на­пряжения на выходе детектора пропорционально квадрату среднеквадратич­ного значения измеряемого напряжения

.

среднеквадратичное значение то же самое, что и действующее или эффек­тивное.

Для синусоидального переменного напряжения для однополупериодной схемы:

U_эфф = =

для двухполупериодного: U_эфф = =

Рисунок 3 Напряжения

Отличительной особенностью цифровых измерительных приборов (ЦИП) является то, что в процессе измере­ния осуществляется автоматическое преобразование непрерывной измеряе­мой величины в дискретную с последующей индикацией результата измере­ния на цифровом отсчетном устройстве. Функциональная схема на рисунке 4

Рисунок 4 Структура цифрового вольтметра

Аналоговая величина Х преобразуется входным аналоговым преобразо­вателем (ВАП) к виду, удобному для последующего преобразования, затем в АЦП производится ее дискретизация кодирование. Цифровое отсчетное уст­ройство (ЦОУ) переводит информацию в цифровой отсчет.

Ход работы

1. Определить погрешность измерения переменного напряжения вольтметра В3-56 на частотах в диапазоне 10 Гц - 50 кГц, приняв за образцовые показания цифрового вольтметра В7-16А.

   1. На выходе генератора Г3-112 установить сигнал с частотой 10 Гц и напряжением 1 Вольт. Подключить в вольтметру В7-16А.

   2. Изменяя частоту генератора в пределах от 10 Гц до 50 кГц, с шагом 0,5 декады измерить напряжение вольтметром В3-56 с максимальной точностью. Образцовые показания в диапазоне частот обеспечиваются измерениями цифровым вольтметром В7-16А. Вольтметры подключаются по очереди без изменений установок генератора. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

F,Гц Напряж, В	10∙100	30∙100	100∙100	10∙101	…	30∙103	100∙103
UВ7-16
UВ3-56
∆, В
γ, %

1.3. Построить график зависимости погрешности от частоты γ=f(F) по примеру рисунок 5

Рисунок 5 Пример построения графика зависимости γ=f(F)

1.4 Провести сравнительный анализ полученных данных по погрешности с пределами допускаемой основной погрешности вольтметра, приведенными в паспорте. Например, как на рисунке 5. Указать результаты анализа в выводе.

2. Определить погрешность измерения постоянного напряжения вольтметра В7-16А, приняв за образцовые показания цифрового вольтметра В7-23

2.1 На выходе источника постоянного напряжения установить сигнал напряжения 0,1 В

2.2 Изменяя напряжение источника в пределах от 0,1 В до 10 В, с шагом 0,5 декады измерить напряжение вольтметром В7-16А с максимальной точностью. Образцовые показания обеспечиваются предварительными измерениями цифровым вольтметром В7-23. Вольтметры подключаются по очереди без изменений установок источника. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

Uисточник,В Напряжение, В	0,1	0,3	1	3	10
UВ7-16А
UВ7-23
∆, В
γ, %

1.3. Построить график зависимости погрешности от частоты γ=f(U) по примеру рисунок 6

Рисунок 6 Пример построения графика зависимости γ=f(U)