Іі. Цифровий вольтметр в7-35 а. Призначення

Вольтметр призначений для вимірювання напруги постійного і змінного струму, сили постійного і змінного струму і опору постійному струмові з індикацією результату вимірювання в цифровій формі з автоматичним вибором потрібних меж вимірювання.

Діапазони вимірюваних величин:

1. Напруга постійного струму, В – 10^-4…1000

2. Сила постійного струму, А – 10^-7…1 · із зовнішнім шунтом 10А, А – 1…10

3. Напруга змінного струму:

· в діапазоні частот від 20 Гц до 20 кГц, В – 10^-4…300

· в діапазоні частот від 20 Гц до 1 кГц без

зовнішнього подільника 1:1000, В – 10^–4…600 · · в діапазоні частот від 20 Гц до 20 кГц з

зовнішнім подільником 1:1000, В – 300…1000

· в діапазоні частот від 20 кГц до 100 МГц

з високочастотним перетворювачем, В – 0,1… 1,2

· в діапазоні частот від 20кГц до 30МГц

з високочастотним перетворювачем, В – 0,1…12

4. Сила змінного струму:

· в діапазоні частоти від 20Гц до 20кГц, мА – 10^-4…12

· в діапазоні частот від 20Гц до 1 кГц, А – 10^-4…1

· із зовнішнім шунтом 10А, А – 1…10

5. Опір постійному струмові, Ом – 1…10⁷.

При вимірюванні сигналів змінного струму використовується принципи їх перетворення в напругу постійного струму, пропорційну або середньовипрямленому значенню (для напруги і сили струму в діапазоні частот від 20Гц до 20кГц) або амплітудному значенню (для напруги в діапазоні частот від 20кГц до 100 МГц). В обох випадках вольтметр відкалібрований за середньоквадратичним значенням гармонічного сигналу.

Вхідний опір вольтметра при вимірюванні напруги постійного струму – (100,5) МОм.

Активна складова вхідного опору вольтметра при вимірюванні напруги змінного струму в діапазоні частот від 20 Гц до 20кГц – (9,40,47)МОм, вхідна ємність не перевищує 130пФ.

Активна складова вхідного опору виносного високочастотного перетворювача -  50кОм. Вхідна ємність – (71)пФ.

Б.Структура і принцип дії вольтметра.

До складу вольтметра входить вимірювальний блок і блок живлення від електромережі. Крім того, до нього додаються виносні перетворювачі: перетворювач високочастотної напруги, шунт 10А і подільник напруги 1:1000.

Вимірювальний блок містить в собі такі основні функціональні вузли:

• вхідний пристрій;

• аналого-цифровий перетворювач;

• пристрій індикації;

• пристрій автоматичного вибору меж вимірювання (пристрій АВМ);

• імпульсний стабілізатор напруги.

В основу дії приладу покладено метод аналого-цифрового перетворення з подвійним інтегруванням. За допомогою перетворювачів як зовнішніх так і тих, що входять до складу вхідного пристрою, вимірювані величини (напруга постійного і змінного струму, сила постійного і змінного струму, опір) перетворюються в нормалізовану напругу постійного струму, зведену до шкали 1В. Ця нормалізована напруга за допомогою АЦП перетворюється в цифровий код. Результат вимірювання індикується на цифровому табло.

До складу вхідного пристрою входять вузли:

• перетворювач напруги постійного струму (масштабуючий);

• перетворювач низькочастотної напруги змінного струму в напругу постійного струму (~U_нч/U);

• перетворювач сили постійного і змінного струму в напругу (І/U);

• перетворювач опору в напругу (R/U).

Всі ці перетворювачі зібрані за відповідними схемами на інтегральних операційних підсилювачах.

АЦП вольтметра працює за методом подвійного інтегрування.

Пристрій індикації містить в собі лічильник індикації, регістр пам’яті, дешифратор, цифрове табло і систему керування пристроєм індикації. Кількість імпульсів, що поступає на вхід лічильника від ГЗЧ за час Т₀ пропорційна вимірюваній величині і може знаходитися в межах 0 …2000. Щоб усунути мигання показів індикаторного табло під час роботи лічильника застосовується регістр пам’яті, який запам’ятовує вихідний двійково-десятковий код лічильника індикації. Дешифратор перетворює сигнали регістра пам’яті в семисегментний код, який керує роботою семисегментних цифрових індикаторів.

Система керування пристроєм індикації виконує такі функції:

• виробляє службові імпульси (скид лічильника індикації. Запис в регістр, передача сигналів до дешифратора і ін.);

• формує сигнали, які керують відображенням розмірності величин (“V”, “mV”, “mА”, положення децимальної крапки і ін.)

• забезпечує імпульсний режим живлення дешифратора та індикаторного табло, що зменшує споживану індикаторним пристроєм потужність.

Пристрій автоматичного вибору меж вимірювання (пристрій АВМ) автоматично змінює коефіцієнт передачі вхідного пристрою. Фіксуючи його на рівні, коли напруга на вході АЦП стає оптимальною. Перехід на вищу межу відбувається при показах табло 1750-1950, а на нижню – при показах 0120 – 0165.

В.Конструкція вольтметра.

Конструктивно вольтметр складається з вимірювального блока і блока живлення (від електромережі або батарейного).

На мал.1 подано зовнішній вигляд вольтметра в зібраному вигляді. Позицією 8 позначено блок живлення. Інша частина вольтметра – вимірювальний блок. Блок живлення кріпиться до вимірювального блока за допомогою двох фіксуючих гвинтів (7).

На передній панелі вимірювального блока (поз.1) розташовані цифрові індикатори. Які індикують знак негативної полярності і покази від 000 до 1950, шість світлодіодів розмірності вимірюваної величини і два перемикачі роду роботи.

Перемикач розташований з лівого боку (поз.2) має три положення:

“-” – вимірювання сигналів постійного струму;

“~” – вимірювання сигналів змінного струму в діапазоні частот 20 Гц …20кГц;

“ВЧ” – вимірювання напруг змінного струму в діапазоні частот 20 кГц… 100 МГц.

Перемикач, розташований з правого боку (поз.14), має такі положення:

“mV - V” – вимірюванна напруги;

“A - mA” – вимірювання струмів;

“к - М” – вимірювання опорів.

На правій бічній стінці вимірювального блока розташовані два вхідні гнізда “*” (поз.4) і ВХІД (поз.5), а також роз’ємна колодка ВЧ (поз.6). На цю ж стінку виведений вал потенціометра О для встановлення нуля АЦП (поз.9).

Всередині гнізда ВХІД міститься плавка вставка. На лівій бічній стінці вимірювального блока розташована кнопка Яскравість.

Г.Порядок роботи.

1. Загальні зауваження.

а) Перед вимірювання ніякі підготовчі регулювальні операції не виконуються (кнопка О використовується тільки при перевірках

і регламентних роботах).

б) Вольтметр здійснює автоматичний вибір межі вимірювання при всіх видах вимірювань за винятком вимірювань з виносними перетворювачами. Оператору потрібно тільки встановити перемикачі на передній панелі у відповідне положення і подати на вхід вимірювальний сигнал. Вольтметр автоматично висвічує на табло знак, числове значення і розмірність сигналу. Знак сигналу висвічує старший розряд. В разі, коли розряд має негативну полярність (відносно гнізда “*”) там засвічується знак “-”. Відсутність на табло знака “-”, вказує на те, що сигнал має позитивну полярність.

в) При підключенні до вольтметра джерела сигналу потрібно пам’ятати, що гніздо “*” є низькопотенціальним, а гніздо ВХІД – високопотенціальним.

г) Вольтметр індикує перевантаження (мигає тріада цифр 000 на табло), якщо вимірювана величина перевищує 175..195% найвищої межі. Під час вимірювання опорів прилад індикує перевантаження при розімкненому вході. Під час вимірювання напруг і струмів оператор, помітивши наявність перевантаження, повинен негайно зняти вимірюваний сигнал і вхід приладу закоротиться.

2. Перевірка працездатності приладу.

Для перевірки працездатності перемикачі на передній панелі потрібно встановити в положення “-” і “A - mA”. Після п’ятихвилинного прогріву прилад повинен індикувати один з показів “- 00.0 А”, “00.0А”, “–00.1А”, “00.1А”.

3. Вимірювання напруги постійного струму.

а) Встановіть перемикачі роду роботи в положення “-”, “mV - V”.

б) Підімкніть за допомогою з’єднувальних проводів джерело вимірювальної напруги до гнізд “*” і ВХІД вольтметра.

в) Зробіть відлік результату, що індикується на табло.

г) Похибка вимірювання (допустима, основна, відносна) розраховується за формулою , де Х – показ приладу, а величина Х_к, рівна значенню номінальної межі вимірювання, визначається з таблиці

Показ приладу (Х)	Величина Хк
00.0 mV…199.0 mV	100mV
.100V…1.990V	1V
1.00V…19.90V	10V
10.0V…199.0V	100V
100V…1000V	1000V

4. Вимірювання сили постійного струму

а) При вимірюванні сили постійного струму до 1,2А встановіть перемикачі роду роботи в положення “-”, “A - mA”.

б) За допомогою з’єднувальних проводів гніздами “*” і ВХІД увімкніть прилад у коло, силу струму в якому потрібно виміряти.

в) Зніміть показ приладу.

г) Похибка вимірювання розраховується за формулою , де Х - показ приладу, а величина Х_к визначається з таблиці

Показ приладу (Х)	Величина Хк
00.0 A …199.0 A	100 кA
.100 mA…1.990 mA	1 mA
1.00 mA…19.90 mA	10 mA
10.0 mA…199.0 mA	100 mA
100 mA…1200 mA	1000 mA

д) При вимірюванні сили постійного струму, що перевищує 1,2 А встановіть перемикачі роду роботи в положення “-”, “mV-V”.

е) Підімкніть до гнізд вольтметра “*” і ВХІД зовнішній шунт 10А, який входить до комплекту приладу. За допомогою з’єднувальних проводів гніздами шунта “*” і 10А увімкніть прилад в коло з вимірюваною силою струму.

з) Зніміть покази приладу. Знайдіть силу струму І_х за формулою

сила струму (А) = .

ж) Похибку вимірювання розраховують за попередньою формулою, де Х = І_х, Х_к = 10А.

5. Вимірювання напруги змінного струму в діапазоні частот 20 Гц…20 кГц.

а) Встановіть перемикачі роду роботи в положення “~” , “mV-V”.

б) При вимірюванні напруги змінного струму до 300 В підімкніть за допомогою з’єднувальних проводів джерело напруги безпосередньо до гнізд “*” і ВХІД.

в) Зробіть відлік показу вольтметра.

г) Похибку вимірювання розраховують за формулою

для меж вимірювання 100 mV і 1V, або за формулою

для всіх інших меж.

Тут Х – показ приладу, Х_к – величина, яку знаходять за таблицею.

Показ приладу (Х)	Величина Хк
00.0 mV…199.0 mV	100 mV
.100 V…1.990 V	1 V
1.00 V…19.90 V	10 V
10.0 V…199.0 V	100 V
100 V…300 V	1000 V

д) При вимірюванні змінної напруги, яка перевищує 300В підімкніть до гнізд “*” та ВХІД зовнішній подільник напруги 1:1000 (з комплекту). За допомогою з’єднувальних проводів гнізда “*” і ~ 1000 подільника сполучіть з джерелом сигналу.

е) Зробіть відлік результату вимірювання. Помноживши відлік на 1000. Ви одержите значення вимірюваної напруги Х. Тепер Х_к = 1000.

з) Похибку вимірювання розраховують за формулою

Примітка 1. Напругу змінного струму від 300 В до 600В в діапазоні частот від 20Гц до 1 кГц рекомендується подавати безпосередньо на вхід вольтметра (не використовуючи подільника 1:1000)

6. Вимірювання сили змінного струму в діапазоні частот від 20Гц до 20кГц.

а) При вимірюванні сили змінного струму до 1,2 А встановіть перемикачі роду роботи в положення “~”, “А-mА”.

б) Увімкніть прилад за допомогою з’єднувальних проводів (гніздами “*” і ВХІД) в коло, в якому потрібно виміряти силу струму.

в) Зробіть відлік показу приладу.

г) Похибку вимірювання розраховують за формулою

для меж вимірювання 100 А, 1 mA та 10mA, або для всіх інших меж. Тут Х – показ приладу, Х_к – величина, яку визначають з таблиці.

Показ приладу (Х)	Величина Хк
00.0 А…199.0 А	100 A
.100 mA…1.990 mA	1 mA
1.00 mA…19.90 mA	10 mA
10.0 mA…199.0 mA	100 mA
100 mA…1200mA	1000 mA

д) При вимірюванні сили змінного струму понад 1.2 А встановіть перемикачі роду роботи в положення “~” та “mV-V”.

е) Підімкніть до гнізд “*” та ВХІД вольтметра зовнішній шунт на 10А. За допомогою з’єднувальних проводів шунт гніздами “*” та “~” 10А увімкніть в коло, їх потрібно виміряти силу струму.

д) Зніміть показ приладу. Знайдіть силу струму за формулою.

сила струму (А) = .

ж) Похибку вимірювання розраховують за формулою

, де Х = І_х , а Х_к = 10А.

7.Вимірювання опору.

а) Встановіть перемикачі роду роботи в положення “-” та “к - М”.

б) Підімкніть за допомогою з’єднувальних проводів до гнізд приладу “*” та ВХІД елемент, опір якого потрібно виміряти.

в) Зніміть показ приладу.

г) Похибку вимірювання розраховують за формулою для меж вимірювання 1 кОм. 10 кОм, 100 кОм і 1 МОм, або за формулою . Для межі 10 МОм.

Тут Х – показ приладу, а величину Х_к знаходять в таблиці

Показ приладу (Х)	Величина Хк
000 кОм…1.990 кОм	1 кОм
1.00 кОм…19.90 кОм	10 кОм
10.0 кОм…199.0 кОм	100 кОм
.100 МОм…1.990 МОм	1 МОм
1.00 МОм…12.00 МОм	10 МОм

8. Вимірювання напруги змінного струму. В діапазоні частот 20кГц…100 МГц (20 кГц …30МГц).

а) Встановіть перемикачі роду роботи в положення “ВЧ” і “mV - V”.

б) До контактної колодки вимірювального блока підімкніть вилку кабеля Перетворювача високочастотного.

в) Якщо вимірювана напруга не перевищує 1,2 В встановіть тумблер на перетворювачі в положення “1В”. Якщо ж вимірювана напруга перевищує 1,2 В – в положення “10В”

в) Подайте на вхід перетворювача вимірюваний сигнал. Залежно від виду вихідного пристрою джерела сигналу, вимірювану напругу можна подавати безпосередньо на вхід перетворювача або через один з перехідних пристроїв, які містяться в комплекті приладу.

Увага! На вхід перетворювача можна подавати тільки ВЧ напругу середньоквадратичне значення якої не перевищує 15В.

г) Зніміть показ приладу.

д) Похибка вимірювання розраховується за формулою , або , де Х – показ приладу, Х_к = 1V або Х_к = 10V залежно від положення тумблера на ВЧ перетворювачі.