Лабораторная работа № 5 Поверка электромеханического вольтметра с помощью цифрового вольтметра

Цель работы: Изучение устройства, принципа работы и применения цифрового вольтметра в качестве образцового прибора для поверки показывающего аналогового прибора.

1 Краткие теоретические сведения

Цифровые вольтметры составляют наиболее распространенную группу ЦИП. Они позволяют измерять напряжение в диапазоне от 1 мкВ до 1000 В с погрешностью 0,01-0,1% при быстродействии от 2 до 5000 измерений в секунду и входном сопротивлении 10⁹-10⁷ Ом. Аналогово-цифровые преобразователи ЦВ строятся на основе различных методов преобразования, однако чаще всего применяются методы уравновешивающего преобразования и методы интегрирования. Аналогово-цифровые преобразователи уравновешивающего преобразования обладают высоким быстродействием (до 100000 преобразований в секунду), высокой точностью преобразования, но имеют низкую помехоустойчивость. Аналогово-цифровые преобразователи двухтактного интегрирования при невысоком быстродействии (4-25 преобразований в секунду) обладают высокой точностью и высокой помехоустойчивостью.

Структурная схема ЦВ уравновешивающего преобразования показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема цифрового вольтметра

Измеряемое напряжение U_x непосредственно (переключатели SA1 и SA2 в позиции 1) или через делитель напряжения ДН (переключатели SA1 и SA2 в позиции 2), с помощью которого выбирается нужный диапазон измерения, а затем через фильтр Ф или непосредственно подается на переключатель SA3. Фильтр Ф предназначен для отделения сигнала от помех промышленной частоты 50 Гц и имеет два выхода с подавлением помехи в 40 и 60 дБ соответственно. Фильтр, подавляя помехи, одновременно увеличивает инерционность ЦВ, и тем больше, чем глубже подавление помехи. Поэтому, если нужды в фильтре нет, его выключают путем перевода SA3 в позицию 1. Делитель напряжения имеет входное сопротивление 10 МОм; этим значением и определяется входное сопротивление вольтметра при изменении напряжений свыше 3В. Если U_x < 3B, то делитель напряжения выключается и U_x подается через SA3 и SA4 непосредственно на вход сравнивающего устройства СУ, которое обладает большим значением входного сопротивления (10⁹-10¹⁰Ом). На вход (второй) СУ подается компенсирующее напряжение РДН. Максимальный диапазон изменения U_k = 0…3B; этим объясняется требование U_x 3B. Регулируемый делитель напряжения представляет собой цепочку определенным образом составленных резисторов, которые переключаются либо электромеханическими, либо транзисторными переключателями, при этом коэффициент передачи делитель К_д прямо пропорционален коду N, поданному на переключатель РДН: , где а - коэффициент пропорциональности.

Напряжение на вход РДН U₀ поступает от источника опорного напряжения ИОН. Полярность напряжения этого источника выбирается автоматически в соответствии с полярностью U_x . Очевидно, что U_k = K_дU₀ . Устройство управления УУ автоматически устанавливает в схеме равновесие U_k=U_x=K_дU₀=aU₀N , откуда , т.е. зависимость между кодом и измеряемым напряжением имеет вид прямой пропорциональности. Затем код N подается на цифровое отсчетное устройство, где в виде цифр отображается значение измеряемого напряжения.

Переключатель SA4 имеет положения 2 и 3 для коррекции аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности ЦВ. В случае коррекции аддитивной составляющей погрешности SA4 переводится в позицию 2, при этом на левый вход СУ подается сигнал, соответствующий нулевому уровню. Если в схеме имеется источник аддитивной погрешности, то на отсчетном устройстве ЦВ появится число, отличное от нуля. Плавной регулировкой напряжения на выходе РДН посредством специального резистора добиваются нулевого показания на отсчетном устройстве ЦВ. На этом регулировка заканчивается. При коррекции мультипликативной составляющей погрешности переключатель SA4 переводится в позицию 3 и ко входу СУ подключается нормальный элемент с ЭДС, равной 1,0186 В. Очевидно, что показание ЦВ должно соответствовать этому значению напряжения, в противном случае регулируется выходное сопротивление ИОН до получения указанного соответствия. Поскольку ИОН выдает напряжение U₀ двух полярностей, то коррекция производится как при положительном, так и при отрицательном значении U₀. Ручки управления резисторами коррекции аддитивной и мультипликативной погрешностей выносятся на лицевую панель прибора.

Режим работы ЦВ может быть разовый или периодический и устанавливается посредством соответствующих переключателей на лицевой панели прибора.