- •Факультет менеджмента и инженерного бизнеса
- •Содержиние
- •Введение
- •Лабораторная работа №1. Цифровые измерительные приборы
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Основные метрологические характеристики цифровых приборов
- •1.3. Цифровые вольтметры
- •1.3.1. Цифровой вольтметр с время-импульсным преобразованием
- •1.3.2. Вольтметр поразрядного уравновешивания
- •1.3.3. Цифрового вольтметра с двойным интегрированием
- •1.4. Измерение частоты методом дискретного счета.
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2. Аналоговые измерительные приборы
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •Ферродинамического (в) и электростатического (г) им
- •1.2. Основные электромеханические электроизмерительные приборы
- •1.2.1. Основные параметры стрелочного индикатора
- •1.2.2. Расчет миллиамперметра
- •1.2.3. Расчет вольтметра постоянного тока
- •1.2.4.Расчет вольтметра переменного тока
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3.
- •Измерение сопротивления проводника
- •Пример обработки результатов косвенных измерений при определении удельного сопротивления проводника
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •Измерение диаметра проволоки.
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •3. Результаты измерения удельного сопротивления представить в виде
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4.
- •3.4. Измерение мгновенной, активной, полной и реактивной мощностей двухполюсника с помощью перемножителя и осциллографа
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5. Средства измерения использующие, нулевой метод
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Компенсационный метод измерения
- •1.3. Мостовой метод измерения параметров элементов
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.
- •А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета
- •1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром).
- •2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).
- •А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.
- •А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета
- •1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром pv1).
- •2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).
- •А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6. Измерение спектров Электрических сигналов
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения о сигналах и спектрах
- •А) спектр амплитуд, б) спектр фаз сигнала
- •1.2. Спектры основных периодических сигналов
- •2. Спектральный состав прямоугольных видеоимпульсов
- •3. Треугольный импульс (симметричный).
- •4. Треугольный импульс (пилообразный).
- •1.3. Модулированные сигналы
- •2. Методы анализа спектра сигналов
- •2.1. Анализ спектра методом фильтрации
- •2.2 Цифровой анализ спектра
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7. Автоматизированные измерения лабораторным комплексом ni elvis
- •Введение
- •Использование Виртуальных приборов измерительного комплекса ni elvis
- •Рис 1а.
- •2. Практические упражнения
- •И высоких частот (фвч) – (б)
- •5. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Удельное сопротивление веществ (при 20с)
- •Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений
- •Измерение линейных величин. Измерение линейкой
- •Штангенциркуль
- •Микрометрический винт. Микрометр
- •Приложение 4. Рекомендации при построении графиков.
1.3.2. Вольтметр поразрядного уравновешивания
Принцип действия – сравнивание измеряемого напряжения с рядом образцов напряжений, значения которых различаются по определенному закону. Число соотв. набору образцовых напряжений, которые компенсируют измеряемое напряжение. Схема на рисунке. Входной Блок, Сравнивающее Устройство, Цифро-Аналоговый Преобразователь, Устройство Управления, Отсчетное Устройство.
Рис. 1.4.
С выхода ВБ напряжение подается на СУ, на 2-ой вход СУ подается ЦАП. СУ в зависимости от знака разности Ux-Uk подает соответствующий сигнал в УУ. УУ увеличивает числовое значение кода на входе ЦАП.
Т.о. напряжение УК будет изменяться ступеньками в соответствии с выбранным кодом до тех пор, пока не будет достигнуто равенство напряжений.
Составляющие погрешности вольтметров:
1) погрешность квантования,
2) погрешность из-за нелинейности характеристики преобразования ЦАП,
3) погрешность из-за наличия порога срабатывания СУ.
1.3.3. Цифрового вольтметра с двойным интегрированием
Наибольшее распространение получили двухтактные интегрирующие вольтметры. В них измеряемое напряжение сначала интегрируется за определенное время, т. е. преобразуется в пропорциональное напряжение на выходе интегратора. Затем на втором этапе это напряжение превращается в пропорциональный временной интервал путем возврата интегратора в исходное состояние. Этот временной интервал преобразуется время-импульсным преобразователем в количество импульсов, регистрируемых счетчиком.
Работа вольтметра с двойным интегрированием представлена на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Схема цифрового вольтметра с двойным интегрированием (а) и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы (б)
Устройство управления УУ задает цикл измерений и вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности Tк. Этот импульс замыкает ключ Кл1. Измеряемое напряжение поступает на вход интегратора Инт. В момент окончания импульса калиброванной длительности УУ закрывает ключ Кл1, открывает ключ КЛ2 и временной селектор ВС. Ключ Кл2 подсоединяет к интегратору источник опорного напряжения ИОН, вырабатывающий прецизионное напряжение U 0 обратной полярности измеряемому. Напряжение на интеграторе начинает убывать по линейному закону. В это же время с генератора счетных импульсов ГСИ импульсы через ВС поступают на счетчик импульсов СИ. Напряжение с интегратора подается на сравнивающее устройство СУ, где оно сравнивается с напряжением на корпусе. При равенстве напряжений СУ вырабатывает импульс, закрывающий ВС и Кл2. Количество зарегистрированных импульсов N высвечивается на цифровом отсчетном устройстве ЦОУ. Оно пропорционально измеряемому напряжению
,
где f 0 – опорная частота ГСИ.
Основное назначение первого такта интегрирования заключается в уменьшении влияния помех на результат измерения. Поскольку наиболее существенная помеха на электронные приборы возникает от источника сетевого напряжения частотой 50 Гц, то интервал Т0, для более полной компенсации этой помехи выбран кратным периоду помехи и равным 40 мс, т.е. двум периодам частоты напряжения питания (50Гц). В конце первого такта интегрирования на выходе интегратора Uинт формируется напряжение, пропорциональное среднему значению входного напряжения Ux за период Т0
,
где С – постоянная интегрирования.
Направление интегрирования во втором такте противоположно по отношению к первому. Следовательно, во втором такте интегрирования
(постоянная интегрирования не изменяется).
Второй такт заканчивается в момент равенства нулю выходного напряжения интегратора и этот момент характеризуется появлением низкого напряжения на выходе сравнивающего устройства СУ, запирающего ключ К3 и прекращающего поступления образцовых по частоте импульсов в счетчик ∑. Следовательно, длительность второго такта интегрирования Tx определится из выражения
откуда
Таким образом, во втором такте интегрирования происходит преобразование среднего значения напряжения Ux в интервал времени Tx. Поскольку Uxс=К•Xс, где Хс – среднее значение измеряемой величины за интервал времени первого такта интегрирования, то сформированный интервал времени будет пропорционален измеряемой величине Xс
Точность этого преобразования измеряемой величины в интервал времени будет определяться стабильностью коэффициента К и величин T0 и U0.
Изложенное выше, объясняет, почему подобного типа цифровые приборы часто называют цифровыми приборами двухтактного интегрирования.
Полученный интервал Tx, представленный длительностью импульса Uсу на выходе сравнивающего устройства, измеряется в блоке АЦП путем сравнения его с единичной мерой времени t0 – периодом повторения счетных импульсов образцового стабилизированного генератора G. Измерение осуществляется подсчетом числа периодов импульсов образцового генератора, укладывающихся в полученный интервал времени Tx. Технически это эквивалентно подсчету числа этих импульсов N, прошедших на счетчик импульсов ∑ за время открытого состояния ключа К3.
где – частота образцового генератора G.
После подстановки в эту формулу значения Tx получим выражение
или
Так как U0, K, T0, f0 - величины постоянные, то измеряемая величина Xc прямо пропорциональна числу N, которое в качестве результата измерения в соответствующих единицах измерения индицируется на отсчетном устройстве ОУ. При этом заметим, что поскольку число импульсов дискретно, то при измерении интервала времени возникает специфическая аддитивная составляющая погрешности – погрешность дискретности, абсолютное значение которой может достигать величины ±t0.
Из этого выражения следует, что основными источниками погрешностей вольтметров данного типа являются:
1. погрешность задания напряжения источником опорного напряжения;
2. нестабильность источника опорного напряжения;
3. погрешность задания калиброванной длительности импульса;
4. нестабильность опорной частоты;
5. погрешность дискретизации.
Кроме них еще существуют погрешность порога срабатывания сравнивающего устройства и погрешность, обусловленная наличием напряжения на корпусе прибора.
Суммарная относительная погрешность интегрирующих вольтметров может находиться в диапазоне от 0,005 до 0,02 % в зависимости от типа вольтметра.
Рассмотренный цифровой мультиметр имеет как аддитивную, так и мультипликативную составляющую погрешности и, поэтому, предел его основной допускаемой относительной погрешности (в процентах) выражается двучленной формулой
где: Xmax – рабочий предел измерения шкалы; X – измеренное значение на этом пределе; c и d –константы, характеризующие класс точности прибора, приводимые в его технических характеристиках.