метрология. Электронные аналоговые вольтметры

• Название: Электронные аналоговые вольтметры
• Анкор: метрология
• Дата: 09.03.2022
• Размер: 65.82 Kb.
• Имя файла: Laba_2.docx
• Тип: Исследование; #387969

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ИИСТ


ОТЧЕт

по лабораторной работе № 2

по дисциплине «Метрология»

Тема: «Электронные аналоговые вольтметры»

Студентка гр. 0583		Федорова И.А.
Преподаватель		Царева А.В.

Санкт-Петербург

2022
Цель работы

Исследование метрологических характеристик электронных вольтметров.

Задание

1. Ознакомиться с используемой аппаратурой и инструкциями по ее применению. Получить у преподавателя конкретное задание по выполнению работы.

2. Определить основную погрешность электронного вольтметра на диапазоне измерений, указанном преподавателем. Построить на одном графике зависимости относительной и приведенной погрешностей от показаний электронного вольтметра. Сделать вывод о соответствии поверяемого вольтметра его классу точности

3. Определить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) электронного вольтметра. Построить график АЧХ и определить рабочую полосу частот вольтметра на уровне затухания АЧХ, определяемом нормативно-технической документацией на поверяемый вольтметр.

4. Экспериментально оценить АЧХ цифрового вольтметра. Провести сравнительный анализ амплитудно-частотных характеристик электронного, цифрового и электромеханического вольтметров. Построить графики АЧХ исследуемых приборов.

5. Измерить электронным вольтметром напряжения различной формы (синусоидальной, прямоугольной и треугольной) с одинаковой амплитудой на частотах, лежащих в рабочей полосе частот этого прибора. Объяснить и подтвердить расчетами полученные результаты. Сделать вывод о влиянии формы измеряемого напряжения на показания электронного вольтметра.

Описание и порядок выполнения работы

Для выполнения работы применяют схему, представленную на рис. 1, где ГС – генератор (синтезатор) сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы, ЦВ – цифровой вольтметр, ЭВ – электронный вольтметр, ЭЛО – электронно-лучевой осциллограф.

рис.1

Основную погрешность электронного вольтметра определяют методом сличения, т. е. сравнением его показаний с показаниями образцового, в данном случае цифрового вольтметра, при синусоидальном напряжении. Показания образцового вольтметра принимаются за действительные значения напряжения.

Поверку электронного вольтметра GVT-417B проводят при частоте ƒ₀ = 1 кГц на шкалах с верхними пределами 1 или 3 В, что обусловлено диапазоном регулирования выходного напряжения используемого генератора.

Поверку проводят для n= (6…10) отметок шкалы, равномерно распределенных по шкале прибора, при плавном увеличении и уменьшении его показаний. Поверяемые точки напряжения U устанавливают на электронном вольтметре, а действительные значения напряжений U_{о ув}, U_оум снимают с цифрового вольтметра при подходе к поверяемой отметке U_п шкалы соответственно при увеличении и уменьшении показаний.

Амплитудно-частотную характеристику электронного вольтметра определяют как зависимость показаний вольтметра от частоты входного синусоидального сигнала при постоянном значении его напряжения.

На практике широко используют понятие рабочей полосы частот средства измерений. Под рабочей полосой частот вольтметра понимают диапазон частот ∆ƒ, для которого неравномерность АЧХ вольтметра не превосходит некоторой заранее установленной допустимой величины. Так, для электронного вольтметра GVT-417B в пределах рабочей полосы не допускается изменение АЧХ, превышающее 10 процентов от показания прибора на частоте ƒ₀ = 1 кГц. Крайние значения диапазона частот, удовлетворяющего указанному требованию, называются нижней ƒ_н и верхней ƒ_в граничными частотами рабочей полосы электронного вольтметра.

Определение влияния формы входного сигнала на показания вольтметров переменного тока. В электронных вольтметрах переменного тока применяют преобразователи Пр переменного напряжения в постоянное. Для экспериментальной оценки влияния формы напряжения на показания электронного вольтметра последовательно измеряют сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы при их одинаковой амплитуде.

рис.2

Предварительно на синусоидальном сигнале устанавливают показания вольтметров в диапазоне 0,5…0,6 от верхнего предела измерений выбранной шкалы, а затем при той же амплитуде входных сигналов измеряют вольтметром напряжения при других формах сигнала.

По показаниям U_п вольтметра рассчитывают среднее U_ср и, если известна форма сигналов, действующее U значения напряжений и дополнительную погрешность влияния формы напряжения на показания вольтметра.

Спецификация

Наименования средств измерений	Диапазоны измерений, постоянные СИ	Характеристики точности СИ, классы точности	Рабочий диапазон частот	Параметры входа (выхода)
Вольтметр универсальный цифровой GDM-8135	Измерение на постоянном токе
	200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1200 В	Пределы максим. абсолют. погрешности
	Измерение на переменном токе
	200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В
Осциллограф универсальный GOS-620	Коэф. откл. 5 мВ/дел... 5 В/дел, всего 10 значений, Коэф. разв. 0,2 мкс/дел... 0,5 с/дел, всего 20 значений	3% 3%	0...20 МГц	Rвх = 10 МОм Свх = 25 пФ
Генератор (синтезатор сигналов переменного тока SFG-2120)	Диапазон генерируемых частот (поддерживается постоянная амплитуда) 1Гц÷20МГц (20Гц÷10МГц)	Разрешено по частоте 0,1 Гц Погрешность установки ±(20х10-6) Амплитуда > 10Впик (на 50 Ом) <±0,3 дБ (0,1Гц-1МГц)	Частотный диапазон (для синуса и мендра) 0,1Гц … 20МГц Частотный диапазон (для треугольника) 0,1Гц… 1МГц	Выходное сопротивление 50 Ом±10% Постоянное смещение ±5В (на 50 Ом) Асимметрия формы 0,2…0,8 (от 2Гц до 100кГц) – плавная регулировка с разрешением 0,01 Неравномерность АЧХ (синус относительно 1кГц) <±0,3 дБ(0,1Гц÷1МГц) <±0,5 дБ(1МГц÷4МГц) <±2дБ(4МГц÷10МГц)

Протокол к лабораторной работе №2

1. 
   Поверка прибора, U_max=3В.
   

U	U вверх	U вниз
0,1	0,06	0,06
0,5	0,46	0,45
1,0	0,97	0,97
1,5	1,49	1,48
2,0	2,02	1,99
2,5	2,53	2,51
3,0	3,04	3,04

2. 
   АЧХ верхний предел.
   

f, кГц	1	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1МГц	1,5МГц	1,8МГц	1,9МГц	2МГц
U, В	2,5	2,51	2,5	2,5	2,5	2,49	2,48	2,45	2,43	2,4	2,4	2,35	2,3	2,25	2,2

3. 
   АЧХ нижний предел.
   

f, Гц	1000	800	…	100	…	50	…	10	8	…	5	…	2
U, В	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,2

4. 
   В зависимости от формы сигнала.
   

Форма сигнала	Синус	Прямоуг.	Треуг.
U	2,52	4,4	2,1

Обработка результатов

1. 
   Поверка методом сличения
   

Используемые формулы:

; , где – показание поверяемого прибора; – показание образцового средства измерений при увеличении показаний; – показание образцового средства измерений при уменьшении показаний.

– относительная погрешность; – приведенная погрешность ( – нормирующее значение проверяемого прибора на выбранном диапазоне измерений).

Вариацию показаний прибора на поверяемой отметке шкалы определяют как абсолютное значение разности действительных значений измеряемой величины при одном и том же показании прибора, полученном при плавном подходе указателя сначала со стороны меньших, а затем со стороны больших значений. Вариация может определяться также в процентах от нормирующего значения :

Показания поверяемого прибора,	Показания образцового средства измерения		Погрешность
			абсолютная		Отн. , %		Прив., %		Вар. Н, %
	при ув.	при ум.	при ув.	при ум.
0,1	0,06	0,06	0,04	0,04		40		1,3		0
0,5	0,46	0,45	0,04	0,05		10		1,7		0,3
1,0	0,97	0,97	0,03	0,03		3		1		0
1,5	1,49	1,48	0,01	0,02		1,3		0,7		0,3
2,0	2,02	1,99	-0,02	0,01		1		0,7		1
2,5	2,53	2,51	-0,03	-0,01		1,2		1		0,7
3	3,04	3,04	-0,04	-0,04		1,3		1,3		0

Пример расчёта:

2. 
   АЧХ электронного вольтметра и цифрового вольтметра
   

f, кГц	1	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1МГц	1,5МГц	1,8МГц	1,9МГц	2МГц
a=lg(f)
u(f) Электр	2,5	2,51	2,5	2,5	2,5	2,49	2,48	2,45	2,43	2,4	2,4	2,35	2,3	2,25	2,2
k(f)	1	1	1	1	1	0,996	0,992	0,98	0,97	0,96	0,96	0,94	0,92	0,9	0,88
u(f) цифр	0,82	0,8	0,76	0,72	0,68	0,6	0,66	0,72	0,76	0,76	0,5	0,06	0,03	0,01	0
k(f)	1	0,98	0,93	0,88	0,83	0,73	0,8	0,88	0,93	0,93	0,6	0,07	0,04	0,01	0