Лабораторная работа №18 <исследование универсального цифрового вольтметра> (Лабораторная работа №18 «исследование универсального цифрового вольтметра»)

я%.31яо'уб) К Ж8 УДК".62Х.317.7~621.317.72ц~ (076.8) Кунцевич В.А. Намерение параметров напрякения различной Формы", Учебное пособие. - М.: Изд-ао МАИ, 19% . - 4Ь с.; ил, 3 учебном пособии по курсу "Основы метрологии и измерительная ткхннка излокенм теоретические и практические вопросы намерения .пеуаметров напрякения. Анализируются принципы построенщл «олмметров н источники погревностей измерения. Приводятся Жщаэентм.' Ф.н. Вельтищев, В.М. лазарев 4 Б приятии~ элсктрарвлиоиэмерений измерение напрякения является нзпболРП рЭспростр»неннсй Операцией.

При Этом Определяют раэ по:..'ть эл~',ктрическпх потенцизлов или падение напри%ения на участке Электрической цели (нз ее Элементе), 3 качестве единицм напряаення принимается вольт (В). 4елью иэмерения постоянного иапрякения является определение РгО энйчения и знака полярности» При иэмервнии переменного нзпркк~ния Опр~деляется какой-либо его параметр (амплитудное, среднее, среднекваярвтическое или средневыпрямяенное ЭНЗЧЙНИЯ), Большой интеркзя 1от 10 яо 10 И) и широкий диапаэок частот 10т нулевых дО сверхвысоких частот), измеряемых напрякений» малая мошнссть исТсчпиксв нзпрякения а такйе высокая точность иэм6рения привели к неосходимости использования большого количества методов и средств измерения.

Несмотря на кавушуюся простоту измерения налрякенкя. Оуцест- ! зует ряд моментов, нз которые на практике необходимо обратить 6нкмание. Так, в частнОсти, следует учитывать юунтирующее действие вольтметра при иэмерении как постоянных, так и переменных найряке,'И ний. Более того, при измерении переменных напрякений необходимо учитывать реактивную составляющую входного сопротивления вольтметра, влияние которой нв результат растет с ростом частотм сигнал~. При измерении параметров переменных нвпрякений необходимо учитывать конструктивные особенности вольтметра.

В вольтметрах пвр~~~н~ого тока осуществляется преобразование переменного напрякения в постоянное„ соответствующее одному из егО параметров» Одна ио все вольтметры перем~ иного така эа исключением импульснмх, грздуируются в среднеквзхрзтических энвченкях напрлкения си$фоокдальной 1рормы, Таким Образом, в вольтметрах переменного тока покавмваеммк параметр пер~к~~~~~~ нзпряхения (среднекваяратическое значение) В Общем случае нп соотвзтстаувт измеряЕМОМУ паРвметру» ЪФО Имеет с 'ф)и'СТЗИН$Ки"' ЭНЪЧенио При измерении Напрякени11 форМа которЬХ ОФ ф лиеа от синусоидазьнай.

Для определения значения требуемого параметра переменного напрявения необходимо в общем случае знать вид, пре раз э аб оэателя вольтметра, форму измеряемого напряжения, а также ткп входа вольтметра (открытый или звкрытмй1. Пренебрежение этой информацией приводит, как правило, к существенным погрешностям результата измерения.

Рассмотренип особенностей измерения парамет» роз напрквения посвящено настояхее пособие. 1. (БЦИЕ СЗЕДЕИИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ 1.1. Изме лемме па ет нап яиения 8 зависимости от характера изменений напряжения эа времени различают постоянное и переменное нвпрящеиия. 8 сваю очередь, переменное напряжение можно разделить иа периодическое и непериодическое. Для периодически изменяхщегоск напряжения его фариа может бить произвольна, Обычна на практике измеряет постоянное напряжение и параметры перемекного напрявения. Такими параметрами лелях»тая. амплитудное, среднее, средневыпрямленное и среднеквадратичесхае значения напрякения.

Амплит ое (пихоэсе1 значение аа - наибольшее мгновенное значение напряжения и(~у за время измерения ~' . Если сигнзлнесимметричный, та различают положительное й ' (максимальное) и отрицательное м - (минимальнае1 значения. Ф» напривения, которое определяетсл выражением м„= ~~~~~, гг. И~ а Среднее значение, по существу, является постоянннй составллищей сигнала эа время неэ ямленнае значение и а - среднее за время измерэ- а»»' ния у значение модуля напряжения". Ч,~ -~ 1~а("У~ ! Ы1.

"'»»" 3' и - корень квадратный из сред- него за время измерения иащрата напряжения: Квадрат среднекэадратичесхаго значения напряжения щщн> пред ставить ках значение средней мощности, рассеиваемой на сопротивлении 1 Ом. Из спектрального представления сигналов известно. что квадрат среднеивадратичебиого значения периодического нэлрииеиия несинусоидальной формы равен сумке хээдратоэ среднехвэдрвтичесиих значений и, всех гармонии„ включая и постоиннуи составляющими: МаМ»»М а 84 Таким образом, среднеивадратичесхое значение периодического напряжения несинусоидальной формы не зависит от фэлоэых соатнсмений между гармоническими составляющими. СВязь между амплитудным» средиеэмпрямленным» срвдмекзадратическим значениями устанавливается через коэффициент амплитуды Ф и коэффициент формы 4у, .

Значения коэффициентов ~» и ~~, зази» сят от формы сигнала. Коэффициент амплитуды определяется отноиением амплитудного значения напряжения к среднеивадратическому значению! »с ~ м. /м М Коэффициент фор»»»ы определяется атйоиенкем среднехэадратФФсхого значения напряжения и средневмпрлмяеннаму» ,4 = Ф/Ф (И Следовательно, экая козффщиенты 6 . ~~, и одно кз значений напряжения, махна определить другие зна ения.

Значения хазф$мщьентаэ удовлетворяют следулв(ему неравенству: У4 4~, 4~6». Знак равенства выполняется дяя нэпрявенми постоянного така и напряжения фармм "меандр". Значения коэффициентов ~, и Фу, лдя различных наиболее употребляемищ - сигиалоэ представлены э тв((щ.1. Иногда используется наэффициент усреднения 4»» апрвделяемий атнощением амплитудного значения наприиения и ареднеэмирямйехимцут При использовании приборов непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют по Отсчвтному устройству, Прибор предварительно гредуируется с помсщьв образцовых мер или образцовых измерительных приборов.

При нулевом методе в процессе сравнения значений измеряемого напряжения и напряженкя, воспроизводимого мерой, добиваются их равенства. Измеряемая величина определяется значением напряжения меры. Таким образом, величина меры должна иметь воэможность плавной регулировки. В вольтметрах, используюших дифференциальный метод, е общем случае задача достижения равенства значений измеряемого напряжения и напрякения меры не ставится. В этом случае прибор измеряет разность значений этих напряжений и имеет градуировку в единицах измеряемой величины, Величина меры может быть постоянной или изменяться дискретно.

Согласно ГОСТ 22261-92 средства измерения напряжений относятся к подгруппе В. Подгруппа в свою очередь делится на следующие виды: В1 - приборы для установки или поверки вольтметров," Ю - вольтметры постоянного напряжения; ВЗ - вольтметры переменного напряжения; В4 - вольтметры импульсного напряжения; В6 - селективные вольтметры; В7 - универсальные вольтметры", ВВ - измерители отножения напряжений и 1или) разности напряжений; В9 - преобразователи напряжения. Помимо деления на виды, вольтметры принято делить на аналоговме и цифровые.

В дальнейшем будут рассмотрены вольтметры постоян- ИОГО и переменного напряжения, циф20вые и аналоговые ° 1.3. Осноеные мет логические ха кте стуки вольтмет ов Согласно ГОСТ 8.009-84 основными мегрологяческими характеристиками вольтметров являвтся: И цена деления равномерной шкалы или минимальная цена деленил неравномерной шкалы; 2) пределы шкалы прибора; 3) вьсходкой код число разрядов кода, номинальная цена единя цы наяменьаего разряда кода средства измерения; 4) предел допускаемого значения основной погрешности средств намерений или предел допускаемого эначеник среднекэадратического Отклонения случайной составляющей основной погрешности; 8 5 предел допускаемого значения дополнител~ной погрешности 5) и или ее составляющих Ьаибольаее допускаемое изменение погревности, обусловленное изменением влияющих величин в пределах рабочей Об- ласти); 6) тр бовения к сопротивлению входных цепей; 7) требования и электропитаний; В) требования к времени установления рабочего рекима и про- должительности непрерывной работы средства измерения; Ю требования к электрической прочности и сопротивлению изоляции» 10) требования к средству измерения при климатических и меха- нических воздействиях» 11) требования к конструкции; 12) габаритные размеры; 13) требования к надежности; 14) требовании к коиплектности; 15) требования к безопасности.

Перечисленные метрологические характеристики отражаются в тех- нической документации на измерительный пркбор, Они используются для оценки погрешностей измерений, производимых в нормальных или рабочих условиях, з также при выборе средств измерения для практи- ческого использования, 1,4. Лог лности вольтмет в При измерении напряжения с поможьа вольтметров э той или иной степени присутствуют методические, инструментальные и субъективные погрешности. Субьектиэнне погрешности обусловлены индивидуальными особенностями оператора. Причиной появления методической погрешности О общем случае является несовершенство метода измерения. Приве« нительно к измерению напряжения это проявляется во влиянии входных характеристик вольтметра на рахим работм цеии, где осужвствлявтая измерен,се.

В некоторых случаях подобное влияние может быть Оценено количественно, что позволяет уменьшить методичвскув погрвквижть ° Пнструментальная погреииость возникает из-эа иесовераенства средства нзлн»реник, е также иэ-за неточности передачи рабочим средством изли»ренпй размеров единиц соответствуевих Физических велич и» Пе» Овиром»»нстно срежете измерения Включает в себя как раэ Врос пйрзмгтрое состаилямй$их его элементов, так и влияние условий происд~чьщ експ~римента на его результат (изменение температуры 9 ояруяа«плей сргцы, влаяностк воздуха, внешних электрических кли магнитных полей, напряаения сетевого питания к т.д.), Инструментальную погрешность средства измерения принято де- лить на огчоеи)«« и дополм««тельную.