Лабораторная работа № 2
«Исследование электронного вольтметра»
1. Цель работы: Исследование электронного вольтметра, изучение принципа работы и получение навыков работы с электронным вольтметром.
2. Приборы и их характеристики:
электронный вольтметр В7-58 (диапазон измерения постоянного напряжения 0,4mV – 200 V,4 – 1000 V;перем.напряж.2 mV – 20 V,2- 200 V,
20 – 700 V;сопротивление постоянному току 1.0 Ом.- 20 мОм.; сила тока 0,4 – 10 А ),
электронный осциллограф С1-112А,( в амплитудном диапазоне от 5 мВ до 250 Мв.;во временном диапазоне от 0,12 мкс.до 0,5 с.;напряжение постоянного тока от 1 мВ до 1000 В;активные сопротивления от 1 Ом до 2,5 Ом.)
генератор синусоидальных сигналов ГСФ-2,( диапазон частот задающий генератор 0,3 Гц – 1500 кГц., усилитель 0 – 20 кГц., выходные сигналы: гармонический, пилообразный, прямоугольный; выходное напряжение 0 – 20 В ; максимальный ток нагрузки 1,0 А.)
3. Краткое теоретическое обоснование:
Устройство и принцип действия электронного вольтметра.
Основное назначение электронного вольтметра – измерение напряжения
( постоянного, переменного, импульсного ). В состав вольтметров входят усилители постоянного и переменного напряжения, измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное и наоборот, делители напряжения. В вольтметрах постоянного напряжения применяют следующие усилители постоянного напряжения:
1. усилители с непосредственными связями;
2. усилители типа модуляция – усиление — демодуляция (МДМ);Рис.1
3. усилители на основе магнитоэлектрических гальванометров с фотопреобразователями.
 |
Рис.1
В усилителях типа МДМ (рис.1) постоянное входное напряжение преобразуется модулятором М в переменное напряжение. Модулятор состоит из двух ключей
(рис.2 а) коммутация которых происходит в противофазе, т.е. замыкание ключа SА1 сопровождается с размыканием ключа SA2,и наоборот. Управление ключами осуществляется от специального генератора Г.Если сопротивление ключей в замкнутом состоянии равно нулю, а в разомкнутом – бесконечности, и если переключение производится мгновенно, то выходное напряжение модулятора представляет последовательность прямоугольных импульсов
(рис.3 б), с амплитудой равной входному напряжению Uвх (рис.3 а)
 |
Импульсы усиливаются усилителем переменного напряжения УН. Выходной сигнал с усилителя поступает на демодулятор ДМ.
 |
На входе демодулятора при синхронной коммутации ключей модулятора и демодулятора полярность прямоугольных импульсов совпадает с полярностью импульсов на выходе модулятора (рис.3 г). Фильтром Ф (рис.2 в) импульсы усредняются, и на выходе усилителя типа МДМ получается усиленное постоянное напряжение, полярность которого определяется полярностью Uвх.
Преобразователи бывают амплитудного, средневыпрямленного и действующего значений переменного напряжения. Эти преобразователи используются в вольтметрах переменного напряжения. Выходное постоянное напряжение (ток) этих преобразователей пропорционально одному из указанных значений переменного напряжения.
Литература (1) пар.9.1,9.2,9.3; (2) пар.8.1,8.2.
4. Контрольные вопросы:
1. Назначение электронного вольтметра?
2. Какие узлы входят в состав электронного вольтметра?
3. Какие усилители используют в электронных вольтметрах?
4. Какие преобразователи напряжения используются в вольтметрах переменного напряжения?
5. Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться со схемой лабораторного стенда,
записать данные приборов в таб.1
| № | электронный вольтметр В7-58 | электронный осциллограф С1-112А | генератор синусоидальных сигналов ГСФ-2 | |||||
| U, В | U, В | I, А | U, В | U, В | R, Ом | U,В | I, А | F, Гц |
| 1. |
2. Ознакомиться с методическими указаниями по эксплуатации и применению приборов.
 |
3. Собрать схему , приведенную на рис.1. Снять АЧХ преобразователя амплитудного значения в диапазоне частот 20 Гц – 200 кГц при Uвх = 5 В.
4. Зарисовать осциллограммы напряжений (на частоте 2000 кГц при
Uвх = 5 В) на зажимах 1-1 ‘ , 2-2 ‘ и 3-3 ‘ , используя электронный осциллограф.
5. Собрать схему по рис.2. Измерить выходное напряжение трансформатора тока ТА (с помощью трансформатора тока осуществляется искажение кривой напряжения), используя вольтметры амплитудного, среднего и действующего значений. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения трансформатора тока. Объяснить полученные результаты.
6. Сделать вывод по лабораторной работе.
7. Составить отчет по требуемой форме.
4. Список использованных источников:
1. В.И. Винокуров и др. «Электрорадиоизмерения» Москва «Высшая школа» 1986.-351 с.
2. Р.М. Демидова-Парфенова и др. «Электрические измерения» — М Энергоиздат 1983. – 392 с.
3. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. — |М.:Логос, 2000. — 408 с.
4. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. — М.: Высш. шк., 2001. -205с.
Источник
3. Исследование вольтметров переменного напряжения
Изучить принцип действия, устройство и основные метрологические характеристики электронных вольтметров с преобразователями амплитудного (пикового), среднеквадратического и средневыпрямленного значений напряжения.
Изучить особенности измерения напряжения сигналов различной формы.
Получить практические навыки работы с измерительными приборами.
Вольтметр переменного напряжения типа В7-15 (или ВУ-15) с амплитудным (пиковым) детектором.
Вольтметр переменного напряжения типа В7-27/А/1 (или В7-16) с преобразователем средневыпрямленного значения.
Вольтметр среднеквадратического значения (измеритель нелинейных искажений типа С6-11 в режиме измерения напряжения).
Вспомогательные приборы и принадлежности
Генератор измерительных сигналов (синусоидальной формы) низкочастотный Г3-109.
Генератор измерительных сигналов (синусоидальной формы) высокочастотный Г4-158.
Генератор прямоугольных импульсов с изменяемым коэффициентом заполнения (вспомогательный генератор).
Электронно-лучевой осциллограф С1-67.
Эталонный резистор с номиналом (1,00 0,05) МОм.
Исследовать влияние формы сигнала на показания электронных вольтметров с различными типами преобразователей.
Оценить входное сопротивление вольтметра В7-27/А/1 (или В7-16) и его влияние на погрешность измерения напряжения.
Исследовать влияние параметров входной цепи вольтметра и соединительных проводов на частотный диапазон измерения напряжения с использованием одного из исследуемых вольтметров – самого широкополосного В7-15 (или ВУ-15).
Указание. Количественные характеристики (параметры) переменного периодического напряженияu(t) описываются следующими функционалами:
Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения
, (3.1)
где T — интервал интегрирования. Численное значение Т в вольтметрах имеет порядок (0,2,…,1) с. При расчетах среднего значения и других характеристик периодического сигнала в качестве интервала Т удобно взять период сигнала.
Максимальное и минимальное значения напряжения
, 
Размах 
. (3.2)
Пиковое отклонение «вверх» напряжения
. (3.3)
Пиковое отклонение «вниз» напряжения
. (3.4)
Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения
(3.5)
Средневыпрямленное значение напряжения
(3.6)
В электронных вольтметрах переменного напряжения используют три типа преобразователей:
— преобразователь амплитудного (пикового) значения, выходное напряжение которого пропорционально максимальному значению напряжения измеряемого сигнала Um (пиковому отклонению напряжения «вверх», если анод диода подключен к входу преобразователя или пиковому отклонению напряжения «вниз» — при обратном подключении диода);
— преобразователь среднеквадратического значения (на основе термоэлектрических, диодных, транзисторных или оптронных преобразователей), выходное напряжение которого пропорционально среднеквадратическому (действующему) значению измеренного напряжения Uск;
— преобразователь средневыпрямленного значения, выходное напряжение которого пропорционально среднему значению выпрямленного напряжения Uсв (среднему значению модуля напряжения).
Если у вольтметра закрытый вход, т.е. постоянная составляющая Uср измеряемого напряжения не проходит на преобразователь, то его показания определяются только переменной составляющей сигнала.
Шкалы электронных вольтметров переменного тока (кроме импульсных) градуируют в среднеквадратических значениях напряжения сигнала синусоидальной формы. Импульсные вольтметры градуируют в амплитудных значениях синусоидального сигнала.
С учетом указанных особенностей показания вольтметров Uшк определяются формулами, приведенными в табл. 3.1.
Среднеквадратическое Uск , (пиковое отклонение «вверх») Um и средневыпрямленное значения Uсв связаны между собой так называемыми коэффициентами амплитудыКА и формы КФ следующим образом:
Зная результат измерений, то есть значение функционала (табл. 3.1) для используемого типа преобразователя вольтметра, можно найти неизвестные параметры измеряемого напряжения. Но для этого надо правильно — в соответствии с видом функции u(t), описывающей измеряемый сигнал, выбрать значения коэффициентов KA и KФ. Численные значения этих коэффициентов можно вывести с использованием формул (3.2), (3.5) и (3.6).
Источник
Отчёт по лабораторной работе №5
«Измерение значений переменных напряжений вольтметрами разных типов»
Цель работы: изучить технические характеристики вольтметров различных типов, освоить методику их эксплуатации. Выработать навыки по анализу и обработке результатов измерений.
Приборы и оборудование: ГЗ-109, ВЗ-38 АВО-5М.
Технические характеристики записать в таблицу 1.
| Наименование характеристики | Численное значение характеристики | ||
| Тип прибора | Тип прибора | Тип прибора | |
| Вольтметр ВЗ-38 | Авометр АВО — 5М | Генератор ГЗ-109 | |
| Диапазон измерения напряжений, а) постоянного тока б) переменного тока Основная погрешность прибора Диапазон рабочих частот Входное сопротивление прибора Входная емкость прибора | — 0,1-300 В ± 2,5% 20 Гц — 5МГц 4МОм 15 пФ | 0-6кВ 0.6 В — 6 кВ ±4% 45Гц-1кГц 20кОм — | — — ± (2±50/fH)% 20Гц-200кГц — — |
1 Собрать схему согласно рисунка.
Рисунок 1 — Схема проведения опыта.
2 Измерить ряд напряжений на выходе ГЗ-109 на частоте 1 кГц вольтметрами ВЗ-38, АВ0-5М.
Вычислить абсолютную AU и относительную yU погрешности. Результаты измерений и вычислений занести в таблицы 2 и 3.
Таблица 2 Результат измерения напряжений вольтметром ВЗ-38.
| U ген, В | 0,012 | 0.025 | 0,075 | 0,125 | 0,18 | 0,65 | 1,9 | 2,3 | 4,5 | 6,8 |
| Uизм, В | ||||||||||
| ΔU, В | ||||||||||
| γ,% | ||||||||||
| Предел измерения |
Таблица 3 Результат измерения напряжения комбинированным прибором АВО-5М
| U ген, В | 0.012 | 0,025 | 0,075 | 0.125 | 0,18 | 0,65 | 1,9 | 2.3 | 4,5 | 6,8 |
| U изм, В | ||||||||||
| ΔU, В | ||||||||||
| γ,% | ||||||||||
| Предел измерения |
3 Установить на выходе генератора напряжение 1,5 В, определить типы вольтметров, пригодных для измерения напряжения в диапазоне частот, указанных в таблицах 4, 5.
Таблица 4 Результат измерения напряжения вольтметром ВЗ-38
| Fген, КГц |
| Uизм, В |
| ΔU, В |
| γ,% |
γ=ΔU/L, где L — предел измерения
Таблица 5 Результат измерения напряжения комбинированным прибором АВО — 5М
| F ген. КГц |
| Цизм, В |
| ΔU, В |
| γ,% |
γ=ΔU/L, где L — предел измерения
Вывод о пригодности вольтметров для измерений в указанном диапазоне напряжений и рабочих частот.
Источник
Лабораторная работа № 2 исследование вольтметров переменного напряжения
Изучить принцип действия, устройство и основные метрологические характеристики электронных вольтметров с преобразователями амплитудного (пикового), среднеквадратического и средневыпрямленного значений напряжения.
Изучить особенности измерения напряжения сигналов различной формы.
Получить практические навыки работы с измерительными приборами.
Вольтметр переменного напряжения типа В7-15 (или ВУ-15) с амплитудным (пиковым) детектором.
Вольтметр переменного напряжения типа В7-27/А/1 (или В7-16) с преобразователем средневыпрямленного значения.
Вольтметр среднеквадратического значения (измеритель нелинейных искажений типа С6-11 в режиме измерения напряжения).
Вспомогательные приборы и принадлежности
Генератор измерительных сигналов (синусоидальной формы) низкочастотный Г3-109.
Генератор измерительных сигналов (синусоидальной формы) высокочастотный Г4-158.
Генератор прямоугольных импульсов с изменяемым коэффициентом заполнения (вспомогательный генератор).
Электронно-лучевой осциллограф С1-67.
Эталонный резистор с номиналом (1,00 0,05) МОм.
Исследовать влияние формы сигнала на показания электронных вольтметров с различными типами преобразователей.
Оценить входное сопротивление вольтметра В7-27/А/1 (или В7-16) и его влияние на погрешность измерения напряжения.
Исследовать влияние параметров входной цепи вольтметра и соединительных проводов на частотный диапазон измерения напряжения с использованием одного из исследуемых вольтметров – самого широкополосного В7-15 (или ВУ-15).
Указание. Количественные характеристики (параметры) переменного периодического напряжения u(t) описываются следующими функционалами:
Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения
, (2.1)
где T — интервал интегрирования. Численное значение Т в вольтметрах имеет порядок (0,2,…,1) с. При расчетах среднего значения и других характеристик периодического сигнала в качестве интервала Т удобно взять период сигнала.
Максимальное и минимальное значения напряжения
, Uмин = min
Пиковое отклонение “вверх” напряжения
Пиковое отклонение “вниз” напряжения
. (2.4)
Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения
(2.5)
Средневыпрямленное значение напряжения
(2.6)
В электронных вольтметрах переменного напряжения используют три типа преобразователей:
— преобразователь амплитудного (пикового) значения, выходное напряжение которого пропорционально максимальному значению напряжения измеряемого сигнала Um (пиковому отклонению напряжения “вверх”, если анод диода подключен к входу преобразователя или пиковому отклонению напряжения “вниз” — при обратном подключении диода);
— преобразователь среднеквадратического значения (на основе термоэлектрических, диодных, транзисторных или оптронных преобразователей), выходное напряжение которого пропорционально среднеквадратическому (действующему) значению измеренного напряжения Uск;
— преобразователь средневыпрямленного значения, выходное напряжение которого пропорционально среднему значению выпрямленного напряжения Uсв (среднему значению модуля напряжения).
Если у вольтметра закрытый вход, т.е. постоянная составляющая Uср измеряемого напряжения не проходит на преобразователь, то его показания определяются только переменной составляющей сигнала.
Шкалы электронных вольтметров переменного тока (кроме импульсных) градуируют в среднеквадратических значениях напряжения сигнала синусоидальной формы. Импульсные вольтметры градуируют в амплитудных значениях синусоидального сигнала.
С учетом указанных особенностей показания вольтметров Uшк определяются формулами, приведенными в табл. 2.1.
Среднеквадратическое Uск , (пиковое отклонение “вверх”) Um и средневыпрямленное значения Uсв связаны между собой так называемыми коэффициентами амплитуды КА и формы КФ следующим образом:
Зная результат измерений, то есть значение функционала (табл. 2.1) для используемого типа преобразователя вольтметра, можно найти неизвестные параметры измеряемого напряжения. Но для этого надо правильно — в соответствии с видом функции u(t), описывающей измеряемый сигнал, выбрать значения коэффициентов KA и KФ. Численные значения этих коэффициентов можно вывести с использованием формул (2.2), (2.5) и (2.6).
Источник