Цифровой вольтметр Щ-304
Содержание
Литература
Введение.
Измерение тока и напряжения являются основными при исследовании различных устройств и при контроле их работы. Однако, в радиотехнике преобладающее значение имеет измерение напряжения, а к измерению токов прибегают в довольно редких случаях. Это обусловлено тем, что для описания работы различных радиотехнических устройств используют преимущественно напряжение , а не токи, и экспериментально приходиться измерять эти напряжения. Измерение напряжений в электронных схемах отличаются от подобных измерений в электрических цепях, что объясняется специфическими особенностями электрических сигналов, используемых в электронике и радиотехнике:
- исключительно широкой областью частот – от постоянных до СВЧ (2Ггц);
- большой диапазон измеряемых значений напряжений – от долей микровольта до десятков киловольт;
- малой мощностью источника напряжений.
Измеряют напряжение в электронных и радиотехнических устройствах преимущественно электронными вольтметрами.
Классифицировать электронные вольтметры можно по различным признакам:
- по видам, т.е. по назначению – постоянного тока, переменного тока, импульсного тока, фазочувствительные, селективные, универсальные;
- по типу отсчетного устройства – аналоговые и цифровые;
- по методу измерения – прямого сравнения с мерой и нулевые (компенсационные);
- по измеряемому параметру напряжения – пиковые (амплитудные, среднеквадратического и средневыпрямленного значения;
- по частотному диапазону – НЧ, ВЧ, СВЧ и широкодиапазонные;
- по схеме входа – с открытым и закрытым входом.
При рассмотрении электронных вольтметров, прежде всего, будем делить всю совокупность этих приборов на две большие группы: аналоговые и цифровые. Цифровые вольтметры широко распространены в технике измерения напряжений постоянного и переменного тока. это объясняется многими их достоинствами: высокой точностью, широким диапазоном измерений при высокой чувствительности, отсчетом в цифровой форме, автоматическими выборами пределов и полярности, относительной простотой осуществления документальной регистрации показаний, возможностью получения результатов наблюдений в форме удобной для ввода в ЭВМ, возможностью выхода на интерфейсную шину и включения в состав измерительно-вычислительного комплекса.
Основные недостатки цифровых вольтметров: сложность схемы, более высокая стоимость и меньшая надежность, чем у аналоговых, большие габариты. Однако, достижения в области микроэлектроники способствуют устранению или уменьшению этих недостатков.
При измерении напряжения постоянного тока определяют его значение. Целью измерения напряжения переменного тока является, как правило, нахождение значения какого-либо его параметра. Напряжение переменного тока характеризуют четырьмя основными параметрами: пиковым, средним, средневыпрямленных и среднеквадратическим значениями.
Пиковое значение Um (амплитудное – для синусоидальных сигналов) – наибольшее мгновенное значение напряжение за время измерения (или за период, при разнополярных, несимметричных кривых напряжения различают положительное и отрицательное пиковые значения).
Среднее значение за время измерения (или за период) это – постоянная составляющая напряжения:
U0=
Средневыпрямленное значение –это среднее значение модуля напряжения :
Uсрв=
Среднеквадратическое значение напряжения :
U=
Каждому закону изменения напряжения соответствует определенные количественные соотношения между Um , Uсрв и U. Эти соотношения оценивают коэффициентами амплитуды
Ка =
и формы Кф=
. Так для гармонического сигнала Ка=1.41; Кф=1.11 . Следовательно :
U=
0.707 ; Uсрв=
0.637Um
Основные технические данные цифрового вольтметра Щ-304.
од в расширенной до 120% области измерений на всех пределах указаны в таблице №1.
од на каждые 10 градусов изменения температуры.
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 –верхний предел;
Ux –показания прибора.
, синусоидально изменяющееся во времени с частотой сети питания, не превышает половины предела допускаемой основной погрешности.
-полярность измеряемого напряжения ;
-пять цифр отсчета;
-десятичную запятую (точку).
Прибор сохраняет результат измерений до ввода новой информации.
60 dB –для помехи нормального вида, представляющей собой напряжение частоты питающей сети , приложенное ко входу прибора, величиной не более 100% от предела измерений при отсутствии входного сигнала постоянного тока и не более 20% от предела измерений при входном сигнале, равном пределу измерений;
80 dB –для помехи общего вида, представляющей собой напряжение частоты питающей сети, приложенной ко входу прибора относительно корпуса при несимметрии входа 1K
; 120 dB –для помехи общего вида, представляющей собой напряжение постоянного тока, приложенное ко входу прибора относительно корпуса при несимметрии входа 1K
.нулей на пределе 1mV - 0,5 часа в течении первых двух часов после установления рабочего режима и 1 час при последующей работе без выключения, на пределе 10 mV –8 часов, на остальных пределах – 24 часа.
Устройство и работа цифрового вольтметра Щ-304
Прибор состоит из гальванически изолированных друг от друга блока логических операций (цифрового блока). Связь между ними осуществляется через импульсные трансформаторы.
Измеряемое напряжение через масштабный преобразователь поступает на преобразователь U/t. Для преобразования постоянного напряжения во временной интервал используется метод двойного интегрирования, при котором заряд интегрирующей емкости производится от измеряемого напряжения за время
t0 - t1 , а заряд от источника опорного напряжения за время t1 – t2 .
С преобразователя U/t импульс t2 , момент окончания разряда, поступает на синхронизатор цифрового блока, где заполняется импульсами высокой частоты. Число импульсов подсчитывается, и результат выдается на цифровое табло прибора.
Проведение поверки
Поверка – это установление пригодности СИТ, на которые распространяется Государственный Метрологический надзор к применению на основании контроля их метрологических характеристик. Проводить поверку необходимо в нормальных условиях (температура t=20C, атмосферное давление 760мм.рт.ст., влажность= 85%).
- Внешний осмотр. При проведении внешнего осмотра необходимо проверить четкость фиксации переключателя, плавность регулировки элементов, расположенных на передней панели.
-
Электрическое сопротивление между клеммой “ ^ ” и всеми металлическими неизолированными частями корпуса прибора измеряется омметром и не должно превышать 0,2
.
- Определение основной погрешности производится по схеме, изображенной на рис.1 , при двух полярностях поверяемого напряжения. Регулировкой выходного напряжения источника устанавливают такое значение Ux, при котором на табло поверяемого прибора индицируется значение Ni меньше номинального значения Nо в контролируемой точке на одну единицу младшего разряда.
Затем увеличивают напряжение источника до значения Ux1, при котором начнут появляться показания
, и определяют
(1)
Регулировкой выходного напряжения источника устанавливают текущее значение Ux , при котором
на одну единицу младшего разряда.
Затем уменьшают напряжение источника до значения Ux2 , при котором начнут появляться показания
, и определяют
(2)
За погрешность
принимают наибольшую из
и
.
Поверяемый прибор признают годным , если :
од
Пределы допустимой основной погрешности, определены по формуле таблицы №1, и контролируемые точки приведены 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 на пределе 1V в соответствии таблицей №2, на остальных пределах поверка производится на точках 0.1Uk , 0.5Uk , и Uk , а также дополнительно в точках 0.3 Uk и 0.7 Uk , если в этих на пределе 1V получена близкая к допускаемому значению погрешность.
Требования к образцовым и вспомогательным средствам измерений .
При определении значений метрологических характеристик ЦВ требования к допустимым погрешностям образцовых СИ и характеристикам вспомогательных устройств должны устанавливаться такими, чтобы при измерении обеспечивалось требуемая погрешность определения измеряемой характеристики.
Требования к точности измерений при контроле метрологической характеристики следует установить в зависимости от заданных параметров качества контроля указанных в МИ 187-79, МИ188-79.
Ступень регулирования напряжения образцового источника сигнала, подаваемого на вход поверяемого ЦВ, не должно превышать:
- 0.25q поверяемого ЦВ, если его случайная составляющая погрешности пренебрежительно мала ;
-
меньше из двух значений 0.25q или 0.33
q поверяемого ЦВ, если нормировано среднее квадратическое отклонение случайной составляющей инструментальной погрешности.
Необходимо учитывать суммарное воздействие случайной составляющей погрешности образцовых СИ. Это воздействие на должно превышать:
-
0.33
q поверяемого ЦВ, если нормирован предел
q допускаемых значений среднеквадратичного отклонения случайной составляющей инструментальной погрешности;
-
0.25
q поверяемого ЦВ, если случайная составляющая его пренебрежительно мала и не нормируется.
Результаты поверки
|
Диапазон 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 |
± 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 можно сделать вывод, что абсолютная погрешность поверенного вольтметра Щ-304 находится в пределах допускаемой.
Заключение.
Необходимость периодического контроля метрологических параметров вольтметров
Поверка средств измерений имеет большое значение, выходящее далеко за рамки данной лаборатории , института, предприятия. Поверка средств измерений является по существу одним из звеньев многоуровневого процесса передачи размера единицы эталона до рабочего средства измерений. Именно связь с эталоном является необходимым условием повсеместного единства мер, единства измерений. При эксплуатации и хранении средств измерений проводится периодическая поверка. Для вольтметров, согласно МИ 1202-86 (Методические указания. Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивления цифровые. Общие требования к методике поверки) установлен поверочный интервал 2 года.
Автоматизация поверки .
Быстрый рост числа выпускаемых и находящихся в эксплуатации средств измерений в частности ЦИУ приводит к тому, что традиционные методы измерений и прежде всего поверки рассчитанные на применение ручного труда становятся тормозом для дальнейшего повышения эффективности производства ЦИУ. Сравнительно высокая трудоемкость поверки ЦИУ, возможность строгой формализации ее процесса привели к тому, что автоматизация испытаний ЦИУ развивается в первую по пути автоматизации их поверки.
Цифровые вольтметры более всего подвергаются автоматизации т.к., информация представлена в цифровом виде (имеется выход) имеется автоматический выбор диапазона измерений (или дистанционный). Промышленностью налажен выпуск программируемых калибраторов напряжений. Поэтому ЭВМ по заданному алгоритму поверки устанавливает на входе поверяемого вольтметра, с помощью калибратора напряжений, напряжение в поверяемой точке. После чего ЭВМ считывает информацию с ЦВ, и вычисляет систематическую составляющую инструментальной погрешности поверяемого ЦВ и сравнивает с пределом допустимого значения систематической составляющей погрешности, или измеряет с предельным значением методической погрешности и сравнивает с пределом допустимых значений погрешности ЦВ. После просмотра всех контролируемых точек печатает протоколы поверки.
Литература
