Программа лабораторной работы.

Цель работы

1.1. Изучить:

1.1.1 параметры переменных напряжений и токов;

1.1.2 методы измерения параметров переменных напряжений и токов;

1.1.3 принцип действия, устройство и метрологические характеристики электронных вольтметров;

1.1.4 особенности измерения напряжения электронными вольтметрами переменного тока;

1.1.5 источники погрешности при измерении электронными вольтметрами;

1.1.6 оценка погрешности измерений напряжений вольтметрами;

1.2 получить навыки работы с измерительными приборами;

1.3 приобрести умение обрабатывать и оформлять результаты измерений, выполненных с помощью вольтметров.

Программа лабораторной работы.

2.1. Определение основных метрологических характеристик электронных вольтметров в протоколе измерений.

2.2.Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока

2.3 Измерение параметров напряжения сигнала произвольной формы:

· среднеквадратическое значение;

· средневыпрямленное значение;

·пиковое значение.

2.4. Измерение значений коэффициентов амплитуды, формы и усреднения сигналов различной формы.

3. Перечень лабораторного оборудования.

3.1. Основное оборудование.

Аналоговые вольтметры переменного тока:

3.1.1 средневыпрямленного значения;

3.1.2 пикового значения;

3.1.3 среднеквадратического значения.

3.2. Вспомогательные приборы.

3.2.1 Генератор сигналов специальной формы (функциональный генератор).

3.2.2 Электронно-лучевой осциллограф.

Основные метрологические характеристики вольтметров

Электромагнитный вольтметр

Модель электромагнитного вольтметра (рис.4.1) служит для измерения среднеквадратического значения напряжения электрического сигнала любой формы.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

- шкала отсчетного устройства проградуирована в среднеквадратических значениях гармонического сигнала;

- пределы измерения могут быть выбраны равными 0,3; 1; 3 или 15 В;

в данной работе предел измерения установлен в положение 3 В.

- класс точности обозначен 2.5, следовательно, предел допускаемой приведенной погрешности равен 2,5%;

- диапазон рабочих частот от 20 Гц до 1 кГц.

Рисунок 4.1 - Модель электромагнитного вольтметра

Электродинамический вольтметр

Модель электродинамического вольтметра (рис.4.2) служит для измерения среднеквадратического значения напряжения электрического сигнала любой формы.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

- шкала отсчетного устройства проградуирована в среднеквадратических значениях гармонического сигнала;

- пределы измерения составляют 3 В или 30 В; в работе №3.4 предел измерения установлен в положение 3 В.

- класс точности обозначен 2.0, следовательно, предел допускаемой приведенной погрешности равен 2,0 %;

- диапазон рабочих частот от 20 Гц до 5 кГц.

Рисунок 4.2 - Модель электродинамического вольтметра

Электронный аналоговый милливольтметр

Задачи для самоконтроля

Вариант - 20

Uv = 10 В

проградуирован в среднеквадратических значениях

Ка = 2

Кф = 1.2

Решение:

Um = Uv = 10 В

Найдем среднеквадратическое значение напряжения:

Ka = Um/U

U = Um/Ka = 10/2 = 5В

Теперь найдем средневыпрямленное значение напряжения:

Uср.в = U/Кф = 5/1.2 = 4,166667 В = 4,17 В

Ответ: Um = 10 B; U = 5 B; Uср.в = 4,17 В; P=0.95; снято при нормальных условиях

Задача 2. Определить ЭДС источника (Е_ист), методическую абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС источника напряжения, выполненного согласно схеме рис.4.1. Внести поправку в результат измерения напряжений вольтметрами.

Рис. 4.1. Схема измерения

Таблица 2 – Исходные данные к задаче 2

Rv, МОм	R ист, кОм	Uv, В
1,5	100	40

R_v - входное сопротивление вольтметра;

R _ист - значение выходного сопротивления источника;

U_v - показание вольтметра.

 

1) Определим ЭДС источника:

 В

2) Определим предел допускаемой абсолютной погрешности измерения ЭДС:

D _E = Е_ист- U_V =  В;

3) Определим предел относительной погрешности измерения ЭДС:

4) Результат измерения ЭДС источника напряжения согласно МИ 1317-2004:

 Р = 0,997; условия измерения нормальные

Задача 3. Определить показания вольтметра U_v и оценить погрешность измерения напряжения для сигнала. Записать результат в соответствии с нормативными документами в двух вариантах с указанием границы: а) абсолютной погрешности; б) относительной погрешности.

Таблица 3 – Исходные данные к задаче 3

Um, В	Сигнал	Uk,В
5	Гармонический	10

U_{m -} пиковое значение сигнала;

U_{k -} конечное значение шкалы вольтметра

Таблица 4 - Метрологические характеристики вольтметра к задаче 3

Класс точности	Вид входа вольтметра	Тип преобразователя вольтметра	Вольтметр проградуирован
4.0	Открытый	среднеквадратический	В среднеквадратических значениях гармонического сигнала

1) Найдем пиковое значение напряжения сигнала. Для этого найдем уравнение, описывающее сигнал:

 ,

+40,

2) Найдем показание пикового вольтметра с открытым входом, который проградуирован в среднеквадратических значениях:

 где С = 0,637 - градуировочный коэффициент

3) Найдем предел допускаемой абсолютной погрешности :

4) Найдем предел допускаемой относительной погрешности :

*100%

5) Результат измерения напряжения сигнала согласно МИ 1317-2004:

 

Ср.выпр.

0,637

1,5

0,038

2,4

0,059

2,6

2,400±0,059 В, Р=0,997, УИН 2,400 В ± 2,6%, Р=0,997, УИН

U

ЭВкв

1,5

Среднеквадратич.

Ср. кв

1

1,5

0,023

1,5

0,023

1,5

1,500 ± 0,023 В, Р=0,997, УИН 1,500 В ± 1,5%, Р=0,997, УИН

U _ср.в

ЭВср.в

1,5

Средневыпрямлен.

1, 11

1,5

0,023

1,4

0,021

1,5

1,400± 0,021В, Р=0,997, УИН 1,400 В ± 1,5%, Р=0,997, УИН

Пилообразная

U_m

ЭВп 2,5

Пиковый

Ср.в

0,637

1,5

0,038

2,4

0,060

2,5

2,400±0,060 В, Р=0,997, УИН 2,400 В ± 2,5%, Р=0,997, УИН

U

ЭВкв

1,5

Среднеквадратич.

Ср. кв

 

1

1,25

0,019

1,25

0,019

1,6

1,250 ± 0,019В, Р=0,997, УИН 1,250 В ± 1,6%, Р=0,997, УИН

U _ср.в

ЭВср.в

1,5

Средневыпрямлен.

1.11

1,22

0,019

1,1

0,018

1,6

1,100 ± 0,018 В, Р=0,997, УИН 1,100 В ± 1,6%, Р=0,997, УИН

 

 

Предел допускаемой абсолютной погрешности вольтметра:

= В ;

Значение измеряемого параметра,

Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения параметра:

;

Предел допускаемой относительной погрешности измерения параметра:

8.3 Измерение значения коэффициентов амплитуды, формы и усреднения сигналов различной формы.

Таблица 8.4 — Результаты измерения параметров Ку сигналов синусоидальной формы

Форма измеряемого сигнала с частотой 90 Гц	Коэффициент усреднения
	Ку	∆Ку	δКу , %
Синусоидальная	1,75	0,042	2,4

Коэффициент усреднения определяется формулой:

Формула для вычисления абсолютной погрешности коэффициентов амплитуды, формы и усреднения:

 (ок )

Относительную погрешность определим по формуле:

4%

 (ок )

Вывод

В результате проведения лабораторной работы мы сравнивали различные типы вольтметров. При сравнении электромагнитного и электродинамического вольтметров выяснили, что с ростом частоты погрешность возрастает. Погрешность электродинамического вольтметра оказалась намного меньше, т.к. у него более широкий рабочий диапазон частот.

Значения измеряемого параметра синусоидального и треугольного сигнала оказались выше у пикового вольтметра, чем показания вольтметров средневыпрямленного и среднеквадратического значений. Это объясняется тем, что мы устанавливали напряжение по вольтметру с пиковым преобразователем, но его шкала проградуирована в средневыпрямленных значениях. А средневыпрямленный и среднеквадратический вольтметры проградуированы в среднеквадратических значениях.

 

Цель работы

1.1. Изучить:

1.1.1 параметры переменных напряжений и токов;

1.1.2 методы измерения параметров переменных напряжений и токов;

1.1.3 принцип действия, устройство и метрологические характеристики электронных вольтметров;

1.1.4 особенности измерения напряжения электронными вольтметрами переменного тока;

1.1.5 источники погрешности при измерении электронными вольтметрами;

1.1.6 оценка погрешности измерений напряжений вольтметрами;

1.2 получить навыки работы с измерительными приборами;

1.3 приобрести умение обрабатывать и оформлять результаты измерений, выполненных с помощью вольтметров.

Программа лабораторной работы.

2.1. Определение основных метрологических характеристик электронных вольтметров в протоколе измерений.

2.2.Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока

2.3 Измерение параметров напряжения сигнала произвольной формы:

· среднеквадратическое значение;

· средневыпрямленное значение;

·пиковое значение.

2.4. Измерение значений коэффициентов амплитуды, формы и усреднения сигналов различной формы.

3. Перечень лабораторного оборудования.

3.1. Основное оборудование.

Аналоговые вольтметры переменного тока:

3.1.1 средневыпрямленного значения;

3.1.2 пикового значения;

3.1.3 среднеквадратического значения.

3.2. Вспомогательные приборы.

3.2.1 Генератор сигналов специальной формы (функциональный генератор).

3.2.2 Электронно-лучевой осциллограф.