Рис.2.8 Цифровой вольтметр с двойным интегрированием

Цифровой вольтметр с поразрядным уравновешиванием. Эти вольтметры являются наиболее быстродействующими и достаточно точными. Принцип их работы заключается в сравнении измеряемого напряжения с суммой дискретных значений образцовых напряжений, вырабатываемых цифроаналоговым преобразователем, с определенными весами, например 1-2-4-8 или 1-2-4-4.

В цифровом вольтметре с развертывающим уравновешиванием (рис. 2.9) значения образцовых напряжений изменяются в течение цикла измерения по жесткой программе и текущая их сумма сравнивается с измеряемым напряжением до получения равенства или достижения максимального значения. Затем прибор возвращается в начальное состояние и начинается следующий цикл.

Рис.2.9. Цифровой вольтметр с развертывающим уравновешиванием

Вольтметр следящего уравновешивания работает не циклами, а непрерывно реагируя на изменение измеряемого напряжения: сумма образцовых напряжений принимает большее или меньшее значение в зависимости от значения измеряемого напряжения. Преимущество вольтметров следящего уравновешивания заключается в уменьшении статической и динамической погрешности и в повышении быстродействия.

Импульсные вольтметры.

При измерении напряжения импульсной формы требуется определить высоту импульсов. Для этой цели применяют электронные вольтметры с амплитудным преобразователем с открытым входом (ри.2.7).

Если применить пиковый вольтметр с закрытым входом, то потеря постоянной составляющей импульсного напряжения вызывает погрешность и при малой скважности. Поэтому в технических характеристиках импульсных вольт-метров, выполненных с амплитудным преобразованием, указаны предельные значения длительностей импульсов и их скважностей, при которых показания вольтметра содержат нормированные погрешности.

Для точных измерений импульсных напряжений преимущественно применяются вольтметры компенсационные. С помощью вольтметров компенсационного типа можно также измерять амплитудное значение синусоидального напряжения и напряжение постоянного тока. Погрешность определяется чувствительностью указателя компенсации — гальванометра и точностью установки и измерения образцового напряжения. Для этой цели часто применяют цифровые вольтметры.

Для измерения очень коротких импульсов используются более совершенные вольтметры с автокомпенсацией. Принцип автокомпенсации заключается в преобразовании измеряемого напряжения в компенсирующее с последующим точным измерением его значения.

Селективные вольтметры.

Эти вольтметры предназначаются для измерения напряжения отдельных составляющих спектра сложного сигнала, значения сигнала в присутствии помех, наводки в электрических цепях, для определения ослабления электромагнитных полей соответствующими экранами, для исследования спектральной плотности шумовых сигналов. В качестве селективных цепей используются встроенные узкополосные фильтры.

Низкочастотный селективный микровольтметр (рис. 2.10) представляет собой калиброванный приемник прямого усиления с тремя широкополосными усилителями У1 У2, У3 и одним селективным — СУ. В последнем сигналы, отстоящие на октаву от его центральной частоты настройки, ослабляются на 30 дБ. В широкополосном режиме переключатель П2 замкнут. Выходное напряжение измеряется вольтметром среднеквадратического значения. Широкополосные усилители пропускают полосу частот 20 кГц — 200 кГц, а селективный настраивается в полосе 20 Гц — 100 кГц.

Рис.2.10. Селективный микровольтметр

Пределы измерения 1 мкВ — 1 В и 30 мкВ — 10 В — в селективном и широкополосном режимах соответственно. Входной аттенюатор Ат1 обеспечивает Rвх = 1 МОм и Свх = 70 пФ.

Погрешность измерения на пределе до 10 мкВ — 10-15%, на остальных — ±6%. С помощью переключателя П1 и генератора Гк предусмотрена калибровка прибора. Через эмиттерный повторитель ЭП с RBыX = 100 Ом можно получить на нагрузке 10 кОм напряжение измеряемого сигнала 1 В.

Высокочастотный селективный микровольтметр (рис. 2.11) представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты измеряемого сигнала. Пройдя входной каскад (пробник) ВК, первый аттенюатор Ат1 и эмиттерный повторитель ЭП, сигнал разветвляется на два канала: первый с полосой пропускания 1 — 30 МГц и второй — 15 кГц — 1 МГц. В обоих каналах, после усиления в У1 и У2 и ослабления напряжений с частотами выше 30 МГц в фильтре Ф1 и выше 1 МГц в фильтре Ф2 происходит преобразование частоты сигнала. В первом канале — с помощью гетеродина с плавной настройкой Гет1 гетеродина с одной частотой Гет2 и смесителей Смг и См2, сначала в первую промежуточную частоту 40 МГц, а затем во вторую — 1,6 МГц.

Рис.2.11. Высокочастотный селективный микровольтметр

Во втором канале — с помощью Гет1 и См3 происходит одно преобразование сигнала в промежуточную частоту 1,6 МГц.

Для осуществления таких преобразований гетеродин Гет1 обеспечивает для первого канала настройку в диапазоне частот 41 МГц — 70 МГц, а для второго — в диапазоне 1,615 — 2,6 МГц. Второй гетеродин Гет2 вырабатывает напряжение с частотой 38,4 МГц. Для работы в селективном режиме напряжение со смесителей См2 и См3 поступает на кварцевый фильтр, полоса пропускания которого меньше 1 кГц.

В широкополосном режиме переключателем П кварцевый фильтр исключается из тракта и ширина полосы определяется усилителями УПЧ2 и УПЧ3. С выхода УПЧ3 сигнал поступает на преобразователь вольтметра среднеквадратического значения Пр и одновременно с индикацией его значения с выхода низкой частоты можно получить сигнал для прослушивания демодулироваиного сигнала. С оконечного усилителя ОУ снимается напряжение для автоматической подстройки частоты гетеродина Гет1.

Погрешность установки частоты ± (0,02 + 3 кГц). Погрешность измерения 10—15 %. Предусмотрена калибровка микровольтметра с помощью генератора Гк (1 МГц, 10 мВ).

Заключение

Цель курсового исследования достигнута путём реализации поставленных задач. В результате проведённого исследования по теме "Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока" можно сделать ряд выводов.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться, определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений - это сравнение опытным путем данной величины с другой подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. находим ее значение.

Напряжения и токи измеряют в диапазоне от единиц микровольт до сотен киловольт и от долей наноампер до сотен килоампер при частотах от нуля до гигагерц.

Различные методы и средства измерений позволяют получать результаты измерений с погрешностями, составляющими тысячные доли процента, а токов - сотые доли процента. С наивысшей точностью измеряются постоянные напряжения и токи. Напряжения и токи измеряют как приборами непосредственной оценки (электромеханической и электронной групп), так и приборами, реализующими методы сравнения. Широко применяются косвенные методы измерения.

Приборы, предназначенные для прямого измерения напряжений, называют вольтметрами, милливольтметрами, киловольтметрами. Их подключают параллельно участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.

Приборы, предназначенные для прямого измерения токов, называют амперметрами (миллиамперметрами, микроамперметрами). Их подключают в разрыв цепи.

Библиографический список литературы

1.                 Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27.12.2002 N 184-ФЗ (ред. от 18.07.2009).

2.                 ГОСТ 16263-70 «Метрология. Термины и определения».

3.                 Богданов Г.П., Кузнецов В.А., Лотонов М.А. Метрологическое обеспечение и эксплуатация вычислительной техники. – М.: Радио и связь, 1990.

4.                 Васильев Л.А. Основы метрологии и электроизмерительная техника. Конспект телевизионных лекций: Учебное пособие. Донецк: ДонНТУ. – 2004.

5.                 Кузнецов В.А., Ялунин Г.В. Основы метрологии. Учебное пособие. – М.: Издательство стандартов, 1995.

6.                 Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.

7.                 Малинский В.Д. Основы сертификации. Учебное пособие – МГИЭМ.- М.: 2001.

8.                 Меерсон А.М. Радиоизмерительная техника.- Л.: Энергия, 1978.

9.                 Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники /Под ред. В.А.Кузнецова. – М.: Радио и связь, 1990.

10.            Метрология, стандартизация и измерения в технике связи. Учеб. пособие для вузов /Под ред. Б.П.Хромого. – М.: Радио и связь, 1986.

11.            Справочная книга радиолюбителя – конструктора./Под ред. Чистякова Н.И.- М.: Радио и связь,1990.

Приложение

Электроизмерительные приборы

[1] ГОСТ 16263-70 «Метрология. Термины и определения»

[2] Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27.12.2002 N 184-ФЗ (ред. от 18.07.2009).

[3] Там же.

[4] Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.

[5] Васильев Л.А. Основы метрологии и электроизмерительная техника. Конспект телевизионных лекций: Учебное пособие. Донецк: ДонНТУ. – 2004.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5