Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет

имени А. Г. и Н. Г. Столетовых

Факультет радиофизики электроники и медицинской техники

Кафедра РТ и РС

Лабораторная работа №2

Квп: Вольтметры

Выполнил

студент группы РТ – 109

Егоров Александр

Проверил:

Руфов А. А.

г. Владимир

2012

Цель работы

Изучить виртуальные вольтметры, их принципы работы, передние панели и метрологические характеристики. Приобрести практические навыки работы в различных режимах измерения.

Применить вольтметры для исследования нестабильности выходного напряжения во времени и неравномерности уровня при перестройке частоты генератора сигнала (ГС) с разными формами выходного напряжения.

Теория

Все вольтметры можно разделить на аналоговые и цифровые. В процессе измерений могут оцениваться:

1. Мгновенные значения сигнала.

2. Амплитудные значения – максимум мгновенных значений.

3. Пиковые значения – максимумы и минимумы полуволн несинусоидальных колебаний (для симметричных полуволн амплитуда равна пику).

4. Размах – сумма пиковых значений.

5. Среднеквадратическое за период напряжение

Для гармонического колебания получим , а для негармонического U_СК определяется амплитудами гармоник (U_i) и постоянной составляющей (U_o) сигнала:

6. Среднее значение (среднеарифметическое за период)

7. Средневыпрямленное значение (среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений)

Для различных законов изменения напряжения связь амплитудного значения и среднеквадратического определяется коэффициентом амплитуды

Связь среднеквадратического значения (СКЗ) и средневыпрямленного определяется коэффициентом формы:

.

Для гармонического закона К_аг=1,41; К_фг=1,11.

Для пилообразного - К_ап=1,73; К_фп=1,16.

Для меандра - К_ам=1; К_фм=1.

Вольтметры являются основными приборами при исследовании радиоустройств и режимов их работы. В отдельные виды выделены вольтметры постоянного (В2) и переменного напряжения (В3), импульсные (В4) и селективные приборы (В6).

В соответствии с измеряемым параметром различают вольтметры амплитудного значения (пиковые), среднего, средневыпрямленного и среднеквадратического (действующего или эффективного) значений (СКЗ).

Универсальные вольтметры (В7) могут измерять постоянные и переменные напряжения, активные сопротивления и токи.

Электронные вольтметры обладают большим входным сопротивлением, достигающим на постоянном токе 10 МОм, имеют широкий частотный диапазон до 3 ГГц и высокую точность измерения. Основным узлом цифровых приборов является аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий непрерывную измеряемую величину в цифровой код. В серийных цифровых вольтметрах используются время-импульсные, частотно-импульсные и кодово-импульсные АЦП.

В виртуальных вольтметрах могут применяться методы обработки дискретизированных сигналов, как во временной, так и в частотной области. Во временной области используются методы численного интегрирования, в частотной - хорошо работают алгоритмы БПФ.

В лабораторном виртуальном цифровом вольтметре (ЦВ) реализован вычислительный принцип измерения размаха сигнала, его среднеквадратического и пиковых значений. Прибор может считаться образцовым (эталонным), он измеряет переменное напряжение произвольной формы в диапазоне значений от 10 мВ до 50 В на частотах от 10 до 50000 Гц. Виртуальный аналоговый вольтметр (АВ) позволяет измерять среднеквадратическое переменное напряжение произвольной формы в диапазоне от 30 мВ до 300 В и диапазоне частот 10 … 10000 Гц.

Принципиальные различия между эталонными и рабочими средствами измерений заключаются не в точности, а в том, что эталоны официально утверждены в качестве таковых и могут использоваться для поверки, в то время как рабочие средства измерений предназначены только для измерений, не связанных с передачей единицы другим СИ.

Государственная поверочная схема в общем случае включает государственные эталоны, вторичные эталоны, эталонные и рабочие средства измерений, а также методы передачи размера единиц (методы поверки).

Поверку прибора, например, аналогового вольтметра, можно осуществлять по эталонным мерам (эталонному генератору – калибратору), по эталонному прибору (образцовому ЦВ) или по эталонному прибору и эталонным мерам (если прибор имеет недостаточно широкий диапазон измерений).

При наличии широкодиапазонного эталонного прибора с его помощью рабочие меры можно поверять методом прямых измерений, если их номинальные значения входят в диапазон измерений прибора.