Исследование метрологических характеристик электронных вольтметров

Работа 2. ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ.

Цель работы – исследование метрологических характеристик электронных вольтметров

ЗАДАНИЕ

1.  Ознакомится с используемой аппаратурой, инструкциями по их применения и собрать схему для проведения экспериментов.

2.  Обоснованно выбрать образцовый и поверяемый вольтметры. Определить основную погрешность поверяемого вольтметра на диапазоне измерений, указанном преподавателем; сделать вывод о соответствии вольтметра своему классу точности.

3.  Определить амплитудно-частотную характеристику АЧХ образцового и поверяемого вольтметров. Определить рабочую полосу частот для вольтметров на уровне затухания АЧХ, равном 0,707 ( 3дб) и 0.95 (5%). Объяснить в каком диапазоне частот погрешность измерения синусоидального напряжения будет меньше.

4.  Сравнить инструментальные погрешности и рабочую полосу частот электронного, цифрового  и электромеханического вольтметров; результаты исследования электромеханических вольтметров могли быть получены в лабораторной работе №1. 

5.  Измерить в рабочей полосе частот вольтметрами напряжения различной формы (синусоидальной, прямоугольной и треугольной) с одинаковой амплитудой. Объяснить и подтвердить расчетами полученные результаты. Определить вид преобразователей переменного тока в постоянный, используемых в вольтметрах.

ОПИСАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

РАБОТЫ

Для выполнения работы собрать схему, представленную на рис. 2.1, где ГС – генератор (синтезатор) сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы, ЦВ – цифровой вольтметр, ЭВ – электронный вольтметр, ЭЛО – электронно-лучевой осциллограф.

                                                         Рис. 2.1.

Схема позволяет поверить один из вольтметров способом сличения, т.е. сравнением показаний поверяемого вольтметра с показаниями образцового, которые принимаются за действительные значения напряжения. Соотношения точности поверяемого и образцового вольтметров строго регламентированы. Приближенно можно считать, что погрешность образцового прибора должна быть в (3-5) раз меньше погрешности поверяемого прибора. Основываясь на этом положении и имея характеристики обоих вольтметров доказательно принять один из них поверяемым, а другой образцовым.

Примеры представления метрологических характеристик .

Для электронного вольтметра GVT-417B:

предел приведенной погрешности при номинальной частоте 1кГц– 3% для всех пределов измерений, в том числе и рекомендованных для данной лабора-торной работы пределов  - 1В и 3В (обусловлено выходным напряжением ГС).

Для цифрового вольтметра GDM-8135:

предел абсолютной погрешности при номинальной частоте 1кГц – 0,005U_изм±1ед. младшего разряда для всех пределов измерений, в том числе 0.2В, 2В, 20В, где U_изм – показание вольтметра; вес 1ед. м.р. определяется делением выбранного предела измерений на максимальное число уровней квантования, которое для всех пределов в данном вольтметре равно 2000 (точнее 1999), что соответствует четырехразрядному отсчетному устройству с показаниями вольтметра, выраженному в вольтах (милливольтах).

Отсюда задача – какой вольтметр образцовый?

Поверка проводится для n = 6-10 точек поверяемого прибора равномерно распределенных по его шкале при увеличении и уменьшении показаний. Поверяемые точки напряжения U_п устанавливаются на поверяемом вольтметре, а действительные значения напряжений U_о,ув , U_о,ум снимаются с образцового вольтметра соответственно при увеличении и уменьшении показаний. Результаты измерений и расчетов представляют в табл.1.

                                                                    Табл.1

Для каждой i-ой точки определяют абсолютные погрешности при увеличении D_{i ув} = U_п – U_оi,ув и уменьшении D_{i ум}  = U_п – U_оi,ум показаний, по которым вычисляются (в процентах): максимальная приведенная погрешность измерений

g = 100Max{|D_i,ув,ум|}/ U_пN, где U_пN – нормирующее значение поверяемой шкалы вольтметра, максимальная вариация прибора H = 100Max{|D_i,ув – D_i,ум |}/U_пN, относительная погрешность в каждой точке d_i = 100Max{|D_{i ув} |,|D_{i ум} |}/ U_{п i}.

По вычисленным погрешностям делается вывод о соответствии пове-ряемого прибора его классу точности и строится график относительной погрешности d_i = F(U_п).

Амплитудно-частотные характеристики определяют отдельно для цифрового и электронного вольтметров по следующей методике.

1.  При синусоидальной форме сигнала  и номинальной частоте f  = 1кГц  с помощью регулятора выходного напряжения генератора ГС устанавливают на испытуемом вольтметре показание напряжения в диапазоне (0.7-0.9) от верхнего предела измерений на выбранной шкале и записывают установленное значение U₀(1кГц) = …

2.  На осциллографе предварительно устанавливают (POSITION) луч в середине экрана по оси времени при закороченном входе (GND); переключают вход осциллографа в положение открытого входа (DC) и с помощью подбора коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки получают удобную для наблюдений и измерений осциллограмму – изображение нескольких периодов синусоиды с достаточно большой амплитудой; записывают амплитуду  l_А (или l_2А – двойную ампитуду) изображения сигнала. Осциллограф в данном пункте является контролирующим средством – несмотря на ожидаемое постоянство выходного напряжения генератора, возможные изменения его можно зафиксировать по изменению амплитуды изображения синусоиды; при необходимости отрегулировать выходное напряжение  ГС по осциллограмме.