Реферат: Поверка цифрового вольтметра Щ-304

Введение.

Измерение тока и напряжения являются основнымипри исследовании различных устройств и при контроле их работы. Однако, в радиотехникепреобладающее значение имеет измерение напряжения, а к измерению токовприбегают в довольно редких случаях. Это обусловлено тем, что для описанияработы различных радиотехнических устройств используют преимущественнонапряжение, а не токи, и экспериментально приходиться измерять этинапряжения. Измерение напряжений в электронных схемах отличаются от подобныхизмерений в электрических цепях, что объясняется специфическими особенностямиэлектрических сигналов, используемых в электронике и радиотехнике:

- исключительноширокой областью частот – от постоянных до СВЧ (2Ггц);

- большойдиапазон измеряемых значений напряжений – от долей микровольта до десятковкиловольт;

- малоймощностью источника напряжений.

Измеряют напряжение в электронных ирадиотехнических устройствах преимущественно электронными вольтметрами.

Классифицировать электронныевольтметры можно по различным признакам:

- повидам, т.е. по назначению – постоянного тока, переменного тока, импульсноготока, фазочувствительные, селективные, универсальные;

- потипу отсчетного устройства – аналоговые и цифровые;

- пометоду измерения – прямого сравнения с мерой и нулевые (компенсационные);

- поизмеряемому параметру напряжения – пиковые (амплитудные, среднеквадратическогои средневыпрямленного значения;

- почастотному диапазону – НЧ, ВЧ, СВЧ и широкодиапазонные;

- посхеме входа – с открытым и закрытым входом.

При рассмотренииэлектронных вольтметров, прежде всего, будем делить всю совокупность этихприборов на две большие группы: аналоговые и цифровые. Цифровые вольтметрышироко распространены в технике измерения напряжений постоянного и переменноготока. это объясняется многими их достоинствами: высокой точностью, широким диапазономизмерений при высокой чувствительности, отсчетом в цифровой форме, автоматическимивыборами пределов и полярности, относительной простотой осуществления документальнойрегистрации показаний, возможностью получения результатов наблюдений в формеудобной для ввода в ЭВМ, возможностью выхода на интерфейсную шину и включения всостав измерительно-вычислительного комплекса.

Основныенедостатки цифровых вольтметров: сложность схемы, более высокая стоимость именьшая надежность, чем у аналоговых, большие габариты. Однако, достижения вобласти микроэлектроники способствуют устранению или уменьшению этих недостатков.

При измерениинапряжения постоянного тока определяют его значение. Целью измерения напряженияпеременного тока является, как правило, нахождение значения какого-либо егопараметра. Напряжение переменного тока характеризуют четырьмя основными параметрами:пиковым, средним, средневыпрямленных и среднеквадратическим значениями.

Пиковоезначение Um (амплитудное –для синусоидальных сигналов) – наибольшее мгновенное значение напряжение завремя измерения (или за период, при разнополярных, несимметричных кривых напряженияразличают положительное и отрицательное пиковые значения).

Среднеезначение за время измерения (или за период) это – постоянная составляющаянапряжения:

U0=/>/>

Средневыпрямленное значение –это среднее значениемодуля напряжения :

Uсрв=/>/>

Среднеквадратическое значениенапряжения :

/>U=/>

Каждому закону изменения напряжения соответствуетопределенные количественные соотношения между Um, Uсрв и U. Этисоотношения оценивают коэффициентами амплитуды />Ка =/> и формыКф=/> . Так для гармоническогосигнала Ка=1.41; Кф=1.11 . Следовательно :

U=/>/>0.707; Uсрв=/>/>0.637Um

Основные техническиеданные цифрового вольтметра Щ-304.

1. Пределыизмерений, входные сопротивления Rвх на постоянном токе, пределы допускаемойосновной погрешности />од в расширенной до 120% областиизмерений на всех пределах указаны в таблице №1.

2. Класс точностиприбора 0.05

3. Пределыдопускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температурыокружающего воздуха от нормальной, до любой температуры в пределах от 10 до 35градусов по Цельсию, равен пределу допускаемой основной погрешности />од на каждые 10градусов изменения температуры.

4. Приборудовлетворяет требования п.2 в части пределов допускаемой основной погрешности, при изменении напряжений питания от 187V до 242V.

Таблица №1

Верхний предел диапазона измерений

/>од, %

Входное сопротивление

Rвх, M/>

1 mv

10 mv

100 mv

1 V

10 V

100 V

500 V

Примечание. Uk –верхнийпредел;

Ux –показанияприбора.

5. Дополнительнаяпогрешность прибора, вызванная воздействием внешнего магнитного поля синдукцией 0.4 /> , синусоидально изменяющеесяво времени с частотой сети питания, не превышает половины предела допускаемойосновной погрешности.

6. Прибор Щ-304выдерживает в течении 1 min напряжение, равное конечномузначению ближайшего диапазона измерения, на всех диапазонах с индикациейперегрузки на табло прибора значения “12000”, кроме предела 500V. На пределе500V допускаетсявоздействие в течении 1 min напряжения 600V. Прибор Щ-304выдерживает в течении 1 min напряжение равное 1.5 конечногозначения диапазона измерений, и десятикратную перегрузку в течении 10S на пределе 1V.

7. Полярностьизмеряемого напряжения определяется автоматически.

8. Прибор имеетавтоматический и внешний запуск.

9. Отсчетрезультата измерения производится по отсчетному устройству, индицирующему:

-полярностьизмеряемого напряжения ;

-пять цифротсчета;

-десятичнуюзапятую (точку).

Приборсохраняет результат измерений до ввода новой информации.

10. Коэффициентослабления внешней помехи не хуже:

60 dB –для помехинормального вида, представляющей собой напряжение частоты питающей сети,приложенное ко входу прибора, величиной не более 100% от предела измерений приотсутствии входного сигнала постоянного тока и не более 20% от пределаизмерений при входном сигнале, равном пределу измерений;

80 dB –для помехиобщего вида, представляющей собой напряжение частоты питающей сети, приложеннойко входу прибора относительно корпуса при несимметрии входа 1K/>; 120 dB –для помехиобщего вида, представляющей собой напряжение постоянного тока, приложенное ковходу прибора относительно корпуса при несимметрии входа 1K/>.

11. Периодичностьручной калибровки не менее 8часов на всех

нулей напределе 1mV — 0,5 часа втечении первых двух часов после установления рабочего режима и 1 час припоследующей работе без выключения, на пределе 10 mV –8 часов, наостальных пределах – 24 часа.

Устройство и работацифрового вольтметра Щ-304

1. Структурнаясхема прибора приведена на рисунке ниже .

Масштабный преобразователь

/>/>/>/>/>/>

Индикатор

Синхронизатор

Источник опорного напряжения

Преобразователь

U/t

/> t1

блок аналоговых блоклогических операций

операций

Приборсостоит из гальванически изолированных друг от друга блока логических операций(цифрового блока). Связь между ними осуществляется через импульсные трансформаторы.

Измеряемое напряжение черезмасштабный преобразователь поступает на преобразователь U/t. Дляпреобразования постоянного напряжения во временной интервал используется методдвойного интегрирования, при котором заряд интегрирующей емкости производитсяот измеряемого напряжения за время />t0 — t1, а заряд от источника опорногонапряжения за время t1– t2 .

С преобразователя U/tимпульс t2, момент окончания разряда,поступает на синхронизатор цифрового блока, где заполняется импульсами высокойчастоты. Число импульсов подсчитывается, и результат выдается на цифровое таблоприбора.

Проведение поверки

Поверка – это установление пригодностиСИТ, на которые распространяется ГосударственныйМетрологический надзор к применению на основании контроля их метрологическиххарактеристик. Проводить поверку необходимо в нормальных условиях (температураt=20C, атмосферноедавление 760мм.рт.ст., влажность= 85%).

a) Внешний осмотр. При проведениивнешнего осмотра необходимо проверить четкость фиксации переключателя,плавность регулировки элементов, расположенных на передней панели.

1. Электрическоесопротивление между клеммой « ^» и всеми металлическими неизолированнымичастями корпуса прибора измеряется омметром и не должно превышать 0,2/> .

2. Определениеосновной погрешности производится по схеме, изображенной на рис.1, при двухполярностях поверяемого напряжения. Регулировкой выходного напряжения источникаустанавливают такое значение Ux, при котором на табло поверяемого прибораиндицируется значение Ni меньше номинального значения Nо в контролируемойточке на одну единицу младшего разряда.

Затемувеличивают напряжение источника до значения Ux1, при которомначнут появляться показания />/>, и определяют

/> (1)

Регулировкойвыходного напряжения источника устанавливают текущее значение Ux, при котором/>/> на одну единицу младшегоразряда.

Затемуменьшают напряжение источника до значения Ux2, при которомначнут появляться показания />/> , и определяют

/> (2)

За погрешность/>/> принимаютнаибольшую из /> и /> .

Поверяемыйприбор признают годным, если:

/>од

Пределы допустимойосновной погрешности, определены по формуле таблицы №1, и контролируемые точкиприведены в таблице №2

таблица №2

Верхний предел диапазона измерений Контролируемые точки (значения от предела) 0,1 0,3 0,5 0,7 1,0 1,997

Предел допускаемой основной погрешности, /> од , %

1mV 1,10 0,43 0,30 0,243 0,20 0,183 10mV 0,55 0,21 0,15 0,121 0,10 0,091 100mV 0,24 0,11 0,08 0,060 0,06 0,057 1V 0,23 0,10 0,07 0,059 0,05 0,047 10V 0,24 0,11 0,08 0,069 0,06 0,057 100V 0,24 0,11 0,08 0,069 0,06 0,057 500V 0,55 0,21 0,15 0,121 0,10 0,091 /> /> /> /> /> /> /> />

Примечание. Прибор Щ-304 поверяется напределе 1V всоответствии таблицей №2, на остальных пределах поверка производится на точках0.1Uk, 0.5Uk, и Uk, а также дополнительнов точках 0.3 Uk и 0.7 Uk, если в этихна пределе 1V полученаблизкая к допускаемому значению погрешность.

Схема соединений дляопределения основной погрешности:

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

Компаратор напряжений

Р-3003

Выход

- +

Испытуемый прибор

+ -

Требованияк образцовым и вспомогательным средствам измерений.

При определениизначений метрологических характеристик ЦВ требования к допустимым погрешностямобразцовых СИ и характеристикам вспомогательных устройств должныустанавливаться такими, чтобы при измерении обеспечивалось требуемая погрешностьопределения измеряемой характеристики.

Требования кточности измерений при контроле метрологической характеристики следуетустановить в зависимости от заданных параметров качества контроля указанных вМИ 187-79, МИ188-79.

Ступеньрегулирования напряжения образцового источника сигнала, подаваемого на входповеряемого ЦВ, не должно превышать:

a) 0.25q поверяемогоЦВ, если его случайная составляющая погрешности пренебрежительно мала ;

b) меньше из двухзначений 0.25q или 0.33 />q поверяемого ЦВ, еслинормировано среднее квадратическое отклонение случайной составляющейинструментальной погрешности.

Необходимо учитывать суммарное воздействиеслучайной составляющей погрешности образцовых СИ. Это воздействие на должнопревышать:

a) 0.33/>q поверяемогоЦВ, если нормирован предел />q допускаемыхзначений среднеквадратичного отклонения случайной составляющей инструментальнойпогрешности;

b) 0.25/>q поверяемогоЦВ, если случайная составляющая его пренебрежительно мала и не нормируется.

Результаты поверкиДиапазон измерений Поверяемая точка Показания прибора

Абсолютная погрешность

Абсолютная допускаемая погрешность 1В 100 мВ 100.110 мВ +0.11 мВ ±0.24 мВ 200 200.200 +0.20 ±0.26 300 299.990 -0.01 ±0.3 400 399.985 -0.015 ±0.33 500 500.022 +0.02 ±0.35 700 700.018 +0.018 ±0.48 1000 1000.03 +0.03 ±0.50 1мВ 0,1 мВ 0.1001 мВ +0.001 мВ ±0.001 мВ 0,3 0.3000 ±0.001 1,0 1.001 0.001 ±0.002 10мВ 1,0 мВ 1.003 мВ +0.003 мВ ±0.006 мВ 3,0 3.004 +0.004 ±0.006 10 10.008 +0.008 ±0.01 100мВ 10 мВ 100.012 МВ +0.012 мВ ±0.024 мВ 30 299.999 -0.001 ±0.033 100 100.031 +0.031 ±0.06 10В 1,0 В 1.0018 В +1.8 мВ ±2.4 мВ 3,0 2.9993 -0.7 ±3.3 10 10.003 +3 ±6.0 100В 10 В 100.001 В +1 мВ ±24 мВ 30 29.989 -11 ±33 100 100.045 +45 ±60 500В 50 В 100.018 В +0.018 В ±0.275 В 250 249.85 -0.15 ±0.375 500 500.450 +0.450 ±0.500

По результатам поверки можносделать вывод, что абсолютная погрешность поверенного вольтметра Щ-304 находитсяв пределах допускаемой.

Заключение.

1. Вольтметры,выпускаемые промышленностью, содержат преобразователи разных типов: пиковые,квадратичные, средневыпрямленного значений, и, как правило, они градуируются взначениях различных параметров напряжения. Необходимо знать, в каких значенияхградуирована шкала вольтметра, и для какого напряжения. Чтобы найти значенияпараметров напряжения не соответствующих типу преобразователя, необходиморасполагать значениями коэффициентов амплитуды и формы.

2. Измеряяпараметры несинусоидального напряжения вольтметром с закрытым входом следуетучитывать, что на преобразователь поступает напряжение без постоянной составляющей.Форма этого напряжения отличается от формы входного.

3. При измерениина ВЧ начинают проявляться резонансные свойства входной цепи вольтметра. Есличастота подводимого напряжения приближается к резонансной частоте входной цепи,то напряжение возрастает и превышает подводимое.

4. При работевольтметра на инфранизкой частоте появляются погрешности обусловленныеинерционностью отдельных узлов, длительностью происходящих в них переходныхпроцессов и изменениями информационного параметра входного сигнала за время, необходимоедля его преобразования. При измерении ВЧ напряжения возникают дополнительныепогрешности, если от момента переключения входного сигнала до момента запускаЦВ проходит время меньше, чем необходимо затухания переходных процессов.Поэтому, зная дополнительные характеристики ЦВ и спектральный состав входногосигнала, можно рассчитать значения дополнительных погрешностей измерений.

Необходимостьпериодического контроля метрологических параметров вольтметров

Поверкасредств измерений имеет большое значение, выходящее далеко за рамки даннойлаборатории, института, предприятия. Поверка средств измерений является по существуодним из звеньев многоуровневого процесса передачи размера единицы эталона дорабочего средства измерений. Именно связь с эталоном является необходимым условиемповсеместного единства мер, единства измерений. При эксплуатации и хранениисредств измерений проводится периодическая поверка. Для вольтметров, согласноМИ 1202-86 (Методические указания. Государственная система обеспечения единстваизмерений. Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивленияцифровые. Общие требования к методике поверки) установлен поверочный интервал 2года.

Автоматизация поверки.

Быстрый рост числавыпускаемых и находящихся в эксплуатации средств измерений в частности ЦИУприводит к тому, что традиционные методы измерений и прежде всего поверкирассчитанные на применение ручного труда становятся тормозом для дальнейшегоповышения эффективности производства ЦИУ. Сравнительно высокая трудоемкостьповерки ЦИУ, возможность строгой формализации ее процесса привели к тому, чтоавтоматизация испытаний ЦИУ развивается в первую по пути автоматизации ихповерки.

Цифровые вольтметрыболее всего подвергаются автоматизации т.к., информация представлена в цифровомвиде (имеется выход) имеется автоматический выбор диапазона измерений (илидистанционный). Промышленностью налажен выпуск программируемых калибраторовнапряжений. Поэтому ЭВМ по заданному алгоритму поверки устанавливает на входеповеряемого вольтметра, с помощью калибратора напряжений, напряжение в поверяемойточке. После чего ЭВМ считывает информацию с ЦВ, и вычисляет систематическуюсоставляющую инструментальной погрешности поверяемого ЦВ и сравнивает с пределомдопустимого значения систематической составляющей погрешности, или измеряет спредельным значением методической погрешности и сравнивает с пределомдопустимых значений погрешности ЦВ. После просмотра всех контролируемых точекпечатает протоколы поверки.

Литература

1. Мирский Г.Я.Электронные измерения. Москва «Радио и связь» 1986г.

2. Вострокнутов Н.Н. Испытанияи поверка цифровых измерительных устройств. Москва 1977г.

3. Хромой Б.П. Электрорадио измерения. Москва «Радио и связь», 1985г.

4. Справочник порадиоизмерительным приборам под редакцией Насонова В.С. Москва, Сов. Радио1976г.

5. Техническое описание иинструкция по эксплуатации на вольтметр цифровой Щ-304.

6. Методические указанияк выполнению курсовых работ по дисциплине «поверка средств радиоэлектронныхизмерений». Москва, 1984г.

Содержание

1. Введение -1

2. Основные техническиеданные ЦВ Щ-304 -3

3. Устройство и работа ЦВЩ-304 -4

4. Проведение поверки -5