МСИС. Каким образом производится суммирование систематических
 Скачать 0.71 Mb.
|
|
Каким образом производится суммирование систематических 1) Суммирование систематических погрешностей производится по алгебраическому закону с учётом знаков  2) Суммирование случайных погрешностей производится по квадратическому закону с учётом коэффициента корреляции. На практике обычно пользуются двумя крайними случаями, когда корреляция отсутствует, т. е. к= 0, тогда  к=1 - жёсткая корреляция.  3) Результирующая погрешность определяется квадратическим суммированием систематической и случайной погрешностей с учётом коэффициента корреляции. При суммировании погрешностей используют критерий ничтожной погрешности: если частная погрешность меньше 0,3 общей погрешности, то этой частной погрешностью можно пренебречь. Как вычисляются погрешности косвенных измерений? Погрешность косвенных измерений находится в соответствии с теоремой: пусть физическая величина Z, значение которой определяют косвенным путём, представляет собой нелинейную дифференцируемую функцию  - независимые результаты прямых измерений значений аргументов X1, X2, …, Xq, полученные с абсолютными средне-квадратическими случайными погрешностями  , и содержащие соответственно абсолютные систематические погрешности  Тогда результат косвенного измерения, определяемый из выражения  содержит абсолютную систематическую погрешность, определяемую соотношением:  относительную систематическую погрешность:  абсолютную случайную среднеквадратическую погрешность:  относительную случайную погрешность:  При оценке погрешности косвенных измерений необходимо пользоваться критерием ничтожных погрешностей. Если частная погрешность составляет менее 30% от результирующей - её отбрасывают (на практике используют даже 40%). Какие операции включает в себя статистическая обработка результатов измерений? Статистическая обработка результатов измерений включает в себя следующие операции: 1) исключение известных систематических погрешностей из результатов наблюдений; 2) проверка гипотезы о принадлежности результатов наблюдений нормальному закону распределения; 3) обнаружение и исключение грубых погрешностей; 4) вычисление истинного значения измеряемой величины; 5) вычисление погрешности результата измерений: а) оценка среднеквадратического отклонения результатов наблюдений, результата измерений; б) вычисление доверительного интервала случайной погрешности результата измерений; в) вычисление границ не исключённой систематической погрешности результата измерений; г) запись результата измерений в стандартной форме. Какие операции включает в себя статистическая обработка прямых равноточных измерений? Равноточными называются измерения, проводимые в одинаковых условиях одним оператором с помощью одних и тех же средств измерений. 1) Определение средне-арифметического значения из N измерений;  2) Определение отклонения результата единичного измерения от среднего значения (сумма отклонения результатов измерений равна нулю, а сумма их квадратов минимальна);  3) Средне квадратическое отклонение погрешности однократного измерения равно  4) В теории случайных погрешностей вводится также понятие о среднем квадратическом отклонении среднего арифметического  (средняя квадратическая погрешность результата измерений) где Sx - оценка средней квадратической погрешности х ряда из n измерений. 5) Определяют предельно допустимую погрешность ряда измерений  6) Решается вопрос о точности и надежности полученной оценки по вероятности α. Результат измерений отличается от истинного не более чем на ∆. Это можно записать в виде  7) Доверительный интервал  8) Записывают результат равноточных многократных измерений в виде:  Что такое доверительная вероятность и доверительный интервал, какие свойства измерений они характеризуют? Вероятность называется доверительной вероятностью или коэффициентом надежности, а интервал значений от х - до х + — доверительным интервалом. Обычно его выражают в долях средней квадратической погрешности  где tα(n) - табулированный коэффициент распределения Стъюдента, который зависит от доверительной вероятности и числа измерений n. Они характеризуют точность и надежность полученной точечной оценки результата измерения. Какова форма записи результата многократных измерений? Запись результата прямых многократных измерений производится следующим образом:  где х - среднее арифметическое значение измеряемой величины. и - доверительный интервал, определяемый соотношением  и доверительная вероятность, задаваемая условиями проведения эксперимента, соответственно. При записи результата измерения необходимо пользоваться правилами округления. Правила округления рассчитанного значения погрешности и полученного экспериментального результата: - погрешность результата измерения указывают двумя значащими цифрами, если первая из них равна 1 или 2, и одной, если первая равна 3 и более; - результат измерения округляют до того же десятичного разряда, которым заканчивается значение абсолютной погрешности; - округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные вычисления выполняются с одним - двумя лишними разрядами. Значащими цифрами называют все цифры, включая 0, если он стоит в середине или конце числа. Что называют средством измерения? Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. 1) По назначению средства измерения подразделяют на а) меры, б) измерительные преобразователи, в) измерительные приборы г) вспомогательные средства. Совокупность различных средств измерений может образовывать измерительные установки и измерительные системы. Мера средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единиц физической величины. Измерительный преобразователь средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительный прибор средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного считывания. Вспомогательные средства измерений средства измерения величин, влияющих на метрологические свойства других средств измерений. Измерительная установка совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем и расположенной в одном месте. Измерительные системы совокупность средств измерений, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки и использования в АСУ. 2. В зависимости от точности средства измерения делят на эталоны, образцовые средства измерения и рабочие средства измерения. Эталоном называется средство измерения, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона. Образцовые средства измерения средства измерения, служащие для поверки по ним других средств измерения, и утвержденные в качестве образцовых. Рабочие средства измерения средства измерения, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Каким образом производится нормирование погрешностей средств измерений? Основные погрешности средств измерения нормируются путем задания пределов допускаемой основной погрешности, при которой средство измерения (СИ) по техническим требованиям может быть допущено к применению. Для того чтобы оценить погрешность, которую внесет данное СИ в конечный результат, пользуются предельными значениями погрешности для данного типа СИ. Предел допускаемой основной абсолютной погрешности может быть представлен одним из трех способов: 1) постоянным для любых значений X числом, характеризующим аддитивную погрешность,  Пределы допускаемой относительной погрешности в процентах выражают формулой:  2) в виде двухчленной формулы, включающей аддитивную и мультипликативную погрешности,  Пределы допускаемой относительной погрешности в процентах:  где Xk – предел измерений 3) в виде уравнения  Предел допускаемой приведенной погрешности в процентах выражается формулой  где р – отвлеченное положительное число. Согласно ГОСТ 8.401-80 для указания нормированных пределов допускаемых погрешностей значения р, q, с, d выражаются в процентах и выбираются из ряда чисел: (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6) 10n , где n=+1;0;-1;-2;-3 и т.д. В настоящее время в эксплуатации большое число средств измерений, метрологические характеристики которых нормируются на основе классов точности. Что такое класс точности средств измерений и какими способами он обозначается? Класс точности – обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допустимых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значение которых устанавливают в соответствующих стандартах. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность средст измерений одного типа, но не характеризует точности измерений, выполняемых такими средствами, так как погрешность зависит и от метода измерений, и от условий измерений и т.д. 1) Класс точности указывают просто одним из чисел приведенного выше предпочтительного ряда р. Это используют для СИ, у которых предел допускаемой приведенной погрешности постоянен (присутствует только аддитивная погрешность) Xn выражена в единицах измеряемой величины. (Пример: вольтметры с постоянной шкалой). 2) Класс точности указывает числом из приведенного выше ряда, под которым ставится треугольная скобка  Такое обозначение применяют для приборов с резко неравномерной шкалой, для которых Хn выражают в единицах длины шкалы (мм, см, условных делениях). В этом случае при измерении, кроме значения измеряемой величины, обязательно должен быть записан отсчет X в единицах длины шкалы и предел Хn в этих же единицах, иначе нельзя будет вычислить погрешность результата. Таким способом обозначают класс точности омметров. 3) Число, обозначающее класс точности, обводят кружком  Такое обозначение применяют для СИ, у которых предел допускаемой относительной погрешности постоянен во всем диапазоне измерений и его определяют по  Таким способом нормируют погрешности измерительных мостов, магазинов, масштабных преобразователей. При этом обычно указывают границы рабочего диапазона, для которых справедлив данный класс точности. 4) Класс точности обозначается двумя числами, записываемыми через косую черту, т. е. в виде условной дроби c/d. Такое обозначение применяют для СИ, у которых погрешность нормирована по двухчленной формуле  Таким способом указывают классы точности цифровых вольтметров, высокоточных потенциометров постоянного тока и других высокоточных приборов. Какова процедура метрологической оценки прямого однократного измерения по паспортным данным используемого средства измерений? Запись результата однократного измерения производится следующим образом:  Где Х – показание измерительного прибора, - предел допустимой абсолютной погрешности, определяемой по паспортным данным измерительного прибора. При оценивании результата измерений вычисляются: а) абсолютная погрешность, которая используется для округления результата и его правильной записи; б) относительная и приведенная погрешности, применяемые для сравнения точности результата и прибора Какова форма записи результата прямого однократного измерения? Запись результата прямых многократных измерений производится следующим образом: где х - среднее арифметическое значение измеряемой величины. и - доверительный интервал, определяемый соотношением и доверительная вероятность, задаваемая условиями проведения эксперимента, соответственно. При записи результата измерения необходимо пользоваться правилами округления. Правила округления рассчитанного значения погрешности и полученного экспериментального результата: - погрешность результата измерения указывают двумя значащими цифрами, если первая из них равна 1 или 2, и одной, если первая равна 3 и более; - результат измерения округляют до того же десятичного разряда, которым заканчивается значение абсолютной погрешности; - округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные вычисления выполняются с одним - двумя лишними разрядами. Значащими цифрами называют все цифры, включая 0, если он стоит в середине или конце числа. Как производится передача размеров физических величин? Обеспечение правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем. Поверочная схема – нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности, и который утвержден в установленном порядке. Поверочные схемы делят на государственные, ведомственные и локальные. Государственная поверочная схема распространяется на все имеющиеся средства измерений данной физической величины. Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной поверке. Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы. Государственную поверочную схему разрабатывают в виде национального стандарта, состоящего из ее чертежа и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу. Ведомственную и локальную поверочные схемы оформляют в виде чертежа. Ведомственные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам. Поверочная схема устанавливает передачу размера единиц одной или нескольких взаимосвязанных величин. Чертежи поверочной схемы состоят из полей, расположенных друг под другом, и имеют наименования: «Эталоны», «Рабочие эталоны n-го разряда», «Рабочие средства измерений».  Какими параметрами характеризуются измеряемые напряжения? Для характеристики переменного напряжения используют следующие параметры: - среднее значение (постоянная составляющая) U0:  где Su(t) - площадь, занимаемая кривой напряжения; - средневыпрямленное значение Uсв  - среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение  Для несинусоидального напряжения, разложенного в ряд Фурье, т.е.  среднеквадратическое значение напряжения получается равным  Максимальное (амплитудное, пиковое) значение Um — наибольшее мгновенное значение напряжения на интервале наблюдения, на периоде для периодических сигналов. В соответствии с ГОСТ 16465-70 термины "амплитудное", "пиковое", "действующее" и "эффективное" значения сигнала являются не рекомендуемыми к употреблению. Перечисленные параметры связаны между собой посредством следующих коэффициентов:  Как производится классификация вольтметров? В зависимости от применяемого метода измерения напряжения вольтметры подразделяют на приборы непосредственной оценки и приборы, работающие на методе сравнения с мерой. В зависимости от структурной схемы вольтметры разделяются на: 1 - электромеханические; 2 - электронные аналоговые; 3 - электронные цифровые. В зависимости от рабочего диапазона частот вольтметры делят на: 1 - низкочастотные; 2 - высокочастотные; 3 - сверхвысокочастотные; 4 - широкополосные. В зависимости от вида измеряемого напряжения вольтметры обозначают: 1 - В2 – постоянного тока; 2 - В3 – переменного тока; 3 - В4 – импульсные; 4 - В5 - фазочувствительные; 5 - В6 - селективные; 6 - В7 - универсальные. В зависимости от характера измеряемого значения переменного напряжения вольтметры подразделяют на: 1 - амплитудные (пиковые); 2 - среднеквадратического (действующего) значения; 3 - средневыпрямленного значения. Каковы основные свойства электромеханических приборов различных систем: - магнитозлектрической ; - электромагнитной ; - электродимической; - электростатической? Рассмотрим кратко основные свойства простейших электромеханических приборов. 1) Приборы магнитоэлектрической системы конструктивно представляют собой постоянный магнит и контур с током, выполненный в виде катушки. Они откликаются на постоянную слагаемую сигнала и градуируются также в этих значениях, т.е. коэффициент градуировки с=1 . Достоинства: 1- высокая чувствительность, 2- хорошая защищенность от внешних магнитных полей, 3- малое собственное потребление энергии, 4- приборы могут быть выполнены высокого класса точности. Недостатки:1- прибор измеряет только постоянную составляющую сигнала, 2- прибор боится перегрузок. Область применения микро- и миллиамперметры в цепях постоянного тока, а с преобразованиями и в цепях переменного тока. 2) Приборы электромагнитной системы. Основаны на взаимодействии поля неподвижной катушки с полем сердечника из магнитного металла, они откликаются и градуируются в среднеквадратических значениях измеряемого тока или напряжения, т.е. коэффициент градуировки с= 1. Достоинства: 1- простота конструкции, 2- не боится перегрузок. Недостатки: 1- невысокая точность, 2- подвержен действию внешних полей. Для защиты от внешних электромагнитных влияний используют экранирование и астазирование, сущность которого заключается в использовании двух катушек, включаемых так, чтобы собственные магнитные потоки Ф1 и Ф2 были направлены в противоположные стороны. В этом случае появление внешнего магнитного потока не приведет к изменению среднего значения собственного магнитного потока.  3) Приборы электродинамической системы основаны на взаимодействии магнитных полей системы подвижных и неподвижных контуров с токами в виде катушек, они откликаются и градуируются в среднеквадратических значениях измеряемого тока или напряжения, т.е. коэффициент градуировки с= 1. Достоинства: 1- прибор автоматически измеряет среднюю мощность сигнала, 2- прибор может быть выполнен высокого класса точности. Недостатки: 1- низкая чувствительность, 2-большие габариты, 3-слабая защищенность от внешних магнитных полей, 4- низкий диапазон рабочих частот. Ферродинамические приборы отличаются тем, что неподвижная катушка имеет магнитный сердечник, позволяющий улучшить чувствительность, уменьшить габариты, но точность измерений уменьшается. 4) Электростатические приборы основаны на взаимодействии электрически заряженных проводников. Они откликаются и градуируются в среднеквадратических значениях напряжения, т.е. коэффициент градуировки с= 1. Достоинства: 1- при измерении постоянных напряжений прибор является практически идеальным вольтметром, 2- может измерять непосредственно большие значения напряжений, 3- при измерении переменных напряжений частотный диапазон рабочих частот лежит в пределах 10-20 МГц, при этом входное сопротивление носит емкостной характер. Недостатки:1- низкая чувствительность, 2- прибор измеряет только напряжение. Все рассмотренные электромеханические приборы градуируются при подаче на них синусоидального сигнала и имеют коэффициент градуировки, равный 1, что приводит к независимости показаний указанных приборов от формы измеряемого напряжения. Каковы основные свойства магнитоэлектрических приборов с преобразователями: - термоэлектрических; - выпрямительных? Термоэлектрические вольтметры представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с одной или несколькими термопарами. Термопреобразователь включает в себя нагреватель, по которому протекает измеряемый сигнал, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС. В цепь термопары включен микроамперметр, измеряющий термоток. Под действием измеряемого тока i(t) в нагревателе выделяется тепловая энергия Q, величина которой пропорциональна квадрату измеряемого тока. Выделяемое тепло обеспечивает нагревание термопары, приводящее к возникновению термоЭДС и соответственно термотока iT(t), протекающего через микроамперметр iпр(t). Поскольку переменный ток преобразуется в постоянный путем превращения электрической энергии в тепловую, прибор будет откликаться на среднеквадратическое значение измеряемого напряжения и градуироваться также в этих значениях, т.е. с = 1.  Достоинства: 1) С=1 означает, что показания такого прибора не зависят от формы измеряемых напряжений; 2) можно производить градуировку на постоянном токе; 3) широкий диапазон рабочих частот (до 10 МГц). Недостатки: 1) малый срок службы термопары даже при нормальных условиях эксплуатации; 2) чувствительность термопары к электромагнитным, механическим и другим воздействиям; 3) необходимость применения измерительного механизма повышенной чувствительности. Чаще всего на основе термоэлектрической системы конструируют высокочастотные амперметры, измеряющие токи в достаточно широком диапазоне частот. Выпрямительные приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с одним или несколькими полупроводниковыми преобразователями. Основные операции, выполняемые схемой такого прибора следующие: преобразование измеряемого напряжения с помощью полупроводникового диода, выделение постоянной составляющей и ее измерение с помощью магнитоэлектрического прибора. В зависимости от схемного решения различают выпрямительные приборы: а) с однополупериодным выпрямлением; б) c двухполупериодным выпрямлением. Магнитоэлектрический прибор реагирует на постоянный (средневыпрямленный) ток, т. е. Выпрямительный прибор будет откликаться на средневыпрямленное значение, а градуироваться в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала. Эти величины связаны между собой коэффициентом усреднения, который в данных приборах будет являться коэффициентом градуировки. Это значит, что коэффициент градуировки будет отличаться от 1 и показание такого прибора будут содержать методическую погрешность, зависящую от формы измеряемого напряжения. Упрощенные схемы выпрямительных приборов с однополупериодным двухполупериодным выпрямлением   Основные характеристики выпрямительных приборов: Достоинства: 1) простота конструкции; 2) высокая чувствительность; 3) широкий диапазон рабочих частот (50…105 Гц) Недостатки: 1) погрешность, обусловленная зависимостью показаний приборов от температуры; 2) дополнительная погрешность от частоты измеряемого сигнала из-за наличия емкости обратного перехода полупроводникового диода. Для уменьшения этих недостатков вводят схемы частотной и температурной компенсации. При увеличении температуры t величины сопротивлений изменяются: R1 – увеличивается, сопротивление моста Rм - уменьшается, сопротивление R2 остается постоянным, а результирующее сопротивление схемы практически не изменяется. Для компенсации частотной погрешности ставится конденсатор С. Выпрямительные приборы выполняются в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных приборов, называемых тестерами. Какова обобщенная структурная схема аналоговых электронных вольтметров? Обобщенная структурная схема аналоговых электронных вольтметров содержит максимальное число блоков, некоторые из которых в зависимости от назначения вольтметра могут отсутствовать. В электронных вольтметрах, снабженных усилительными устройствами потребление мощности из измерительной цепи ничтожно мало. К достоинствам электронных вольтметров относятся: широкие пределы измерения и частотный диапазон (от 20 Гц до 1000 МГц), высокая чувствительность, хорошая перегрузочная способность.  1) Входное устройство предназначено для: а) ослабления сигнала в заданное число раз, позволяющего расширить диапазон в сторону больших измеряемых напряжений; б) обеспечения входных параметров вольтметра: входного сопротивления в пределах 1 – 10 МОм, входной емкости 1 - 30 пФ. 2) Усилители переменного тока служат для а) повышения чувствительности б) расширения динамического диапазона в сторону меньших измеряемых напряжений. Для выполнения указанных задач усилители переменного тока должны иметь заданный и высокостабильный коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот и температур, малые нелинейные искажения, малые собственные шумы и быть нечувствительными к колебаниям напряжения питания, что достигается использованием многокаскадных усилителей, охваченных отрицательной обратной связью. 3) Усилители постоянного тока служат для обеспечения согласования небольшого внутреннего сопротивления магнитоэлектрического измерительного механизма с большим сопротивлением нагрузки преобразователя. К усилителям постоянного тока предъявляются жесткие требования в отношении постоянства коэффициента усиления и малого дрейфа нуля, т. е. медленного изменения выходного сигнала при отсутствии на входе информационного сигнала. Они выполняются в виде мостовых схем с отрицательной обратной связью. 4) Преобразователи служат для преобразования переменного тока в постоянный, в качестве преобразователей служат детекторы. Детекторы можно классифицировать по функции преобразования входного напряжения в выходное на следующие типы: квадратичные, линейные, амплитудные (пиковые). Тип детектора во многом определяет свойства прибора: так вольтметры с амплитудными детекторами являются самыми высокочастотными; вольтметры с квадратичными детекторами позволяют измерять напряжения любой формы; вольтметры с линейными детекторами пригодны только для измерения гармонического сигнала, но являются самыми простыми, надежными и дешевыми. Аналоговые электронные вольтметры могут строиться по двум основным схемам: усилитель – преобразователь и преобразователь – усилитель. Первая из схем обладает большой чувствительностью, но частотный диапазон у таких вольтметров определяется полосой пропускания усилителя переменного тока и составляет сотни килогерц; вторая схема используется в вольтметрах для измерения напряжения значительного уровня, т.к. обеспечить большое усиление с помощью усилителя постоянного тока сложно, зато частотный диапазон таких усилителей и, соответственно вольтметров, может составлять сотни мегагерц. Электронные вольтметры могут иметь открытый или закрытый вход по отношению к постоянной составляющей измеряемого напряжения. При закрытом входе схема вольтметра содержит разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую сигнала, при открытом входе такого конденсатора нет и на блоки вольтметра поступает как переменная, так и постоянная составляющая сигнала. Элементная база, используемая при создании вольтметров переменного напряжения, определяется существующим на момент создания вольтметров уровнем техники (от полупроводников образцов до микроинтегрального исполнения), однако функциональное назначение блоков остается неизменным. Каковы основные свойства аналоговых электронных вольтметров: - среднеквадратических значений; - средневыпрямленных значений; - импульсных; - универсальных? Среднеквадратических значений Вольтметры переменного тока строятся по схеме усилитель-преобразователь. В качестве преобразователей могут использоваться квадратичные или линейные детекторы. Если применяются квадратичные детекторы, то такие вольтметры называются вольтметрами среднеквадратических значений  Квадратичный детектор преобразует переменное напряжение в постоянное, пропорциональное, согласно формуле, квадрату среднеквадратического значения измеряемого напряжения. Значит, измерение среднеквадратического напряжения связано с выполнением трех операций: возведение в квадрат мгновенного значения сигнала, усреднение и извлечение корня из результата усреднения (последняя операция обычно осуществляется при градуировки шкалы вольтметра). Возведение в квадрат мгновенного напряжения как правило производят с помощью полупроводникового диода, используя начальный участок вольт-амперной характеристики, описываемой квадратичной зависимостью. Однако протяженность квадратичного участка характеристики обычно невелика (не более 100 мВ), одним из методов для расширения этого участка является метод кусочно-линейной аппроксимации. Для этого в схему детектора включают несколько диодных ячеек и подбором напряжения смещения на диодах получают суммарную вольт-амперную характеристику, приближающуюся по форме к квадратичной кривой  Средневыпрямленных значений Если в вольтметрах переменного тока применяются линейные детекторы, то такие вольтметры называются вольтметрами средневыпрямленных значений  В таких вольтметрах в качестве преобразователя используется линейный детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению измеряемого напряжения. Такие преобразователи выполняются по схемам двухполупериодного выпрямления и используют линейный участок вольт-амперной характеристики полупроводникового диода. Аналоговый вольтметр средневыпрямленных значений по сравнению с выпрямительным вольтметром имеет более высокую чувствительность и меньшее потребление мощности от измерительной цепи. Эти вольтметры откликаются на средневыпрямленное значение, градуируются в среднеквадратических значениях и имеют коэффициент градуировки С=1. Импульсные вольтметры Импульсные вольтметры строятся по схеме преобразователь - усилитель, в качестве преобразователя используется амплитудный детектор, напряжение на выходе которого соответствует максимальному (амплитудному) значению измеряемого сигнала.  Отличительной особенностью амплитудного (пикового) детектора является наличие элемента памяти, которым служит конденсатор, «запоминающий» пиковое значение измеряемого напряжения. Простейшие схемы амплитудных детекторов: а) детектор с последовательным включением диода (детектор с открытым входом); б) детектор с параллельным включением диода (детектор с закрытым входом).  Амплитудный детектор осуществляет преобразование переменного сигнала в постоянный, пропорционально значению входного сигнала, поэтому такие вольтметры откликаются на максимальные значения, градуируются в максимальных значениях и имеют С=1. Универсальный вольтметр Универсальный вольтметр позволяет измерять как постоянный, так и переменный ток. При измерении переменного напряжения вольтметр имеет схему преобразователь - усилитель. В качестве преобразователя используется амплитудный (пиковый) детектор, напряжение на выходе которого соответствует максимальному (амплитудному) значению измеряемого сигнала. При измерении постоянного напряжения оно через входное устройство подается на усилитель постоянного тока и обеспечивает отклонение стрелки магнитоэлектрического измерительного механизма.  Амплитудный детектор осуществляет преобразование переменного сигнала в постоянный, пропорциональный максимальному значению входного сигнала, поэтому такие вольтметры откликаются на максимальное значение сигнала, градуируются в среднеквадратических значениях. Эти параметры переменного напряжения связаны между собой в соответствии с  коэффициентом амплитуды, поэтому коэффициент градуировки универсального вольтметра равен  Каким образом определяются показания вольтметров при измерении напряжений различной формы? Для определения показаний вольтметров необходимо выполнить следующие операции: 1) Записать математическую модель измеряемого напряжения; 2) Учесть тип входа; при закрытом входе вычислить постоянную слагаемую и убрать её из измеряемого напряжения; 3) Найти напряжение, на которое откликается вольтметр Uотк; 4) Найти показания вольтметра U=CUотк Какова обобщенная структурная схема электронных цифровых вольтметров? Цифровой вольтметр (ЦВ) - это средство измерений, в котором измеряемая непрерывная величина - напряжение автоматически преобразуется в дискретную, подвергается цифровому кодированию, а результат измерения представляется в цифровой форме. Цифровые вольтметры позволяют измерять как постоянное, так и переменное напряжения. В первом случае применяются цифровые вольтметры постоянного тока (ЦВПТ), во втором случае переменное напряжение предварительно преобразуют в постоянное напряжение, измеряемое ЦВПТ. Ux  При измерении постоянного напряжения оно может поступать на выходное устройство непосредственно или через фильтр, необходимый для подавления помех промышленной частоты 50 Гц и ее гармоник. Входное устройство обеспечивает высокоомный вход и расширение пределов измерения. С его выхода аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) "напряжение - код ", а цифровой код с выхода последнего - на цифровое отчетное устройство, а также на цифровой выход. Каков принцип действия цифровых вольтметров с различными АЦП: - с время-импульсным; - с кодо-импульсным; - с частотно-импульсным? С время-импульсным В цифровых вольтметрах, содержащих АЦП с время-импульсным преобразованием, входное напряжение Ux сперва преобразуется по временной интервал Δtx, который затем преобразуется в цифровой унитарный код и измеряется числом заполняющих его импульсов N со стабильной частотой следования. Наибольшее распространение получили: 1) АЦП с генераторами линейно-изменяющегося напряжения (ГЛН) 2) АЦП с двухтактным интегрированием. С кодо-импульсным преобразованием: В этих вольтметрах измеряемое напряжение уравновешивается компенсирующим образцовым напряжением, которое вырабатывается в цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП). Компенсирующее напряжение на выходе ЦАП представляет собой систему дискретных образцовых напряжений, величина которых изменяется по закону, например, с весами 1-2-4-8 или 1-2-4-4. Цифровые вольтметры с кодоимпульсным преобразованием могут быть с развертывающим (поразрядными) уравновешиванием или следящего уравновешивания. Структурная схема вольтметра с развертывающим уравновешиванием приведена на рис. 7.20а. Принцип его работы заключается в сравнении измеряемого напряжения с рядом образцовых напряжений, величина которых изменяется в течении цикла измерений по жесткой программе до получения равенства или максимального значения. Измеряемое напряжение Ux через входное устройство подается на сравнивающее устройство. Управляющее устройство вырабатывает импульсы, устанавливающие длительность цикла Т (рис. 7.20б) в течение которого тактовые импульсы воздействуют на ЦАП. ЦАП представляет собой делитель напряжения быстродействующими электронными или электромагнитными переключателями. При поступлении очередного тактового импульса ЦАП последовательно выдает от источника образцового напряжения Uобрi в коде 8-4-2-1 (например 8, 4, 2, 1 В), проходящие на один из входов сравнивающего устройства. Работу вольтметра рассмотрим на примере измерений Ux = 5 В (рис. 7.20в). При воздействии первого импульса управляющего устройства на сравнивающее устройство с выхода ЦАП поступает первое значение Uобрi . Если Uoбpi > Ux, сравнивающее устройство вырабатывает сигнал "много", который поступает на управляющее устройство, и в дешифраторе записывается "0" первого разряда, а напряжение Uобpi снимается. Под действием второго тактового импульса поступает Uo6p2, если Uo6p2 < Ux, то сравнивающее устройство вырабатывает сигнал "мало" и в дешифраторе записывается "I" второго разряда. Аналогичное сравнение дискретных значений образцовых напряжений и сумм напряжений тех разрядов, которые оказались записанными в дешифраторе, происходит до конца цикла и до получения равенства  Таким образом, измеряемому напряжению Ux = 5В, соответствует кодовая запись 0101 (4+1), которая преобразуется в цифровом индикаторе в показание. Вольтметр следящего уравновешивания работает не циклами, а в нем осуществляется непрерывное слежение за разностью между Ux и ΣUобрi (сумма образцовых напряжений принимает большее или меньшее значение в зависимости от значения измеряемого напряжения). Когда достигается равенство ΣUобрi = Ux (рис. 7.20г) код преобразуется в показание, а состояние прибора остается неизменным до тех пор, пока не изменится значение Ux. Преимуществом вольтметров следящего уравновешивания является меньшая погрешность и большее быстродействие, чем у вольтметров поразрядного уравновешивания. Основным недостатком является возможность возникновения автоколебательного режима прибора.   С частотно-импульсным преобразованием Принцип действия заключается в преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов, измеряемую цифровым частотомером. Структурная схема такого вольтметра содержит преобразователь "напряжение частота", на вход которого подается измеряемое напряжение Ux, а на выходе образуется импульс с частотой fx = pUx, где р - коэффициент преобразования. Существует много разновидностей преобразователей "напряжение - частота". Одна из схем вольтметра с преобразователем "напряжение - частота" на базе интегратора и временные диаграммы работы приведены на рис. 7.19. Измеряемое напряжение Ux поступает на вход интегратора и конденсатор С заряжается по закону  Через интервал времени T1, напряжение на конденсаторе достигает значения Uo6p,, получаемого от источника образцового напряжения (рис. 7.19 б, рисунок в конце)  В этот момент сравнивающее устройство включает формирующее устройство, вырабатывающее отрицательный импульс обратной связи с постоянной площадью, равной произведению Uoc T2 (рис. 7.19 в, рисунок в конце). Этот импульс поступает через резистор R2 на вход интегратора и разряжает конденсатор С до нуля. Время разряда равно Т2. Далее процесс повторяется с периодом  или с частотой  Процесс разряда конденсатора можно записать так:  Приравняв результат интегрирования (7.23) напряжению Uc из формулы (7.20), получаем  и измеряемое напряжение прямо пропорционально fx , т. е.   - постоянная величина данного вольтметраИзменение Ux приведет к изменению Т1, а значит и  Измерение fx осуществляется цифровым частотомером. Импульсы частоты fx пропускаются через временной селектор в течение известного интервала времени (рис. 7.19г). С помощью электронного счетчика число прошедших импульсов N = fх Тобр фиксируется и отображается на цифровом индикаторе в единицах напряжения Ux. Интервал Тобр = 20мс выбирается равным периоду сетевой помехи, которая усредняясь, ослабляется.  |