Пример лабы Э4Б по метрологии

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет информатики

и радиоэлектроники»

Факультет непрерывного и дистанционного обучения

Кафедра метрологии и стандартизации

лабораторная работа №2

по курсу “Метрология, стандартизация и сертификация”

ТЕМА: «Измерение напряжений и уровней сигналов с помощью электронных вольтметров и измерителей уровня»

Вариант №2

Проверила:

Руховец Ольга Владимировна

Минск 2012

Цель работы:

1. Изучение принципов работы электронных вольтметров и измерителей уровня сигналов.

2. Изучение методов измерения напряжений электронными вольтметрами и уровней сигналами передающего тракта измерителями уровня.

3. Изучение источников методических погрешностей, возникающих при измерении переменных напряжений с помощью электронных вольтметров.

4. Изучение метода поверки электронного вольтметра в части определения погрешности измерения переменного напряжения.

5. Изучение алгоритма обработки измерительной информации при многократном косвенном измерении коэффициента передачи четырехполюсника путем измерения переменных напряжений на его входе и выходе.

6. Приобретение практических навыков работы с генератором Г4-117, электронными вольтметрами В7-28, В3-38, В3-40, В4-12 и осциллографом С1-72.

Лабораторное задание:

1. Определить входное сопротивление R_v и входную емкость C_v вольтметра B7-28.

2. Провести поверку вольтметра В3-40 в части определения погрешности измерения переменного напряжения при использовании вольтметра В7-28 в качестве образцового. Оценить абсолютную, относительную и приведенную погрешности вольтметра В3-40 при измерении переменного напряжения.

3. Определить для заданных сигналов различной формы пиковое U_m, среднеквадратичное U_ск, средневыпрямленное U_св значения напряжения, коэффициент амплитуды K_a и коэффициент формы K_ф.

Перечень применяемых приборов

Наименование прибора	Тип прибора	Основные технические характеристики
Генератор сигналов низкочастотный	Г4-117	Диапазон генерируемых частот от 20 Гц до 10Мгц.
Вольтметр универсальный цифровой	В7-28	Обеспечивает измерение переменного напряжения в диапазоне от 100 мкВ до 300 В на пределах измерений 1; 10; 100; 300 В.
Милливольтметр	В3-38	Основная приведенная погрешность прибора не превышает ± 2,5% в поддиапазонах (1…300) мВ и ± 4% в поддиапазонах (1…300) В для диапазона частот 45 Гц … 1 МГц.
Милливольтметр	В3-40	Основная приведенная погрешность прибора не превышает ±1,5% на пределах (1…300) мВ, ±2,5% на пределах (0,1…0,3) мВ и ±4% на (1…300) В для диапазона частот 45 Гц … 1 МГц.
Милливольтметр импульсного тока	В4-12	Пределы измеряемых значений напряжений: 3, 10, 30, 100, 300, 1000 мВ.
Электронно-лучевой осциллограф	С1-72	Может работать в режимах непрерывной и ждущей разверток, а также в режиме развертки внешним сигналом.

Выполнение работы

1. Исследовать вольтметр В7-28.

Uг, В	Fн, Гц	Uгн, В	R0, кОм	URV, В	Rv, кОм	Rv, кОм	Fв, кГц	Uгв, В	Co, пФ	UCV, В	Cv, пФ	Cv, пФ
1,5	25	1,701	560	1,088	993,97	977,6	45	1,682	30	0,27	156,89	122,78
			1000	0,795	877,5				20	0,22	132,91
			270	1,356	1061,32				10	0,19	78,53

Для расчёта Rv используем формулу: ;

Для расчёта C_v используем формулу: ;

Значения Rv и Cv находятся как среднее арифметическое Rv и Cv.

2. Поверка вольтметра В3-38 при использовании вольтметра В7-28 в качестве образцового.

№	fп, кГц	Uпр, В	Uи, В	U0, В	Δи, В	δи, %	γи, %
1	0,2	0,3	0,05	0,489	0,439	89,77	1,46
2			0,1	0,106	0,006	5,66	0,02
3			0,15	0,152	0,002	1,31	0,007
4			0,2	0,203	0,003	1,47	0,01
5			0,3	0,297	0,003	1,01	0,01

Для расчета используем следующие формулы:

Δ_и = |U_и - U₀|;

δ_и = (Δ_и/U₀) ∙ 100%;

γ_и =(Δ_и/X_n) ∙ 100%,

где X_n согласно ГОСТ 8.401-80 принимается равным пределу измерения, т.е. U_пр.

3. Определить для заданных сигналов различной формы пиковое U_m, среднеквадратичное U_ск, средневыпрямленное U_св значения напряжения, коэффициент амплитуды К_а и коэффициент формы К_ф.

№ точки	1	2	3	4	5
UВ4-12, мВ	270	370	260	455	505
Uпр В4-12, мВ	300	1000	300	1000	1000
UВ3-40, мВ	165	230	260	400	400
Uпр В3-40, мВ	300	300	300	1000	1000
UВ3-38, мВ	160	220	245	380	380
Uпр В3-38, мВ	300	300	300	1000	1000
Um, мВ	270	370	260	455	505
Uск, мВ	165	230	260	400	400
Uсв, мВ	146	200	223	346	346
Kа	1,64	1,61	1	1,14	1,26
Kф	1,13	1,15	1,17	1,16	1,16
δ UВ4-12, %	4,4	10,8	4,6	8,8	7,9
δ UВ3-40, %	2,7	2	1,7	6,3	6,3
δ UВ3-38, %	4,7	3,4	3,1	10,5	10,5

Точкам 1 – 5 соответствуют различные формы сигналов — они приведены на рисунке 1.

Показания вольтметров с различными типами детектора отличаются. Следовательно, нужно учитывать градуировочное уравнение, устанавливающее связь между показаниями U_v (градуировкой) вольтметра и фактически измеряемым параметром U_x: U_v = C∙U_x, где С – градуировочный коэффициент. Градуировочные уравнения для используемых вольтметров приведены ниже.

• Милливольтметр В3-38 предназначен для измерения напряжения переменного тока. Его шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, т.е.:

U_св = U / 1,11.

• Микровольтметр В3-40 предназначен для измерения напряжения переменного тока произвольной формы. Шкала прибора проградуирована в среднеквадратических значениях произвольной формы:

U_ск = U.

• Милливольтметр В4-12 предназначен для измерения амплитудных значений видеоимпульсов прямоугольной формы положительной и отрицательной полярности, а также амплитуд синусоидальных напряжений. Его шкала проградуирована в пиковых значениях напряжения:

U_m = U.

Коэффициент амплитуды К_а вычисляется по формуле:

К_а = U_m / U_ск.

Коэффициент формы К_ф вычисляется по формуле:

К_ф = U_ск / U_св.

Пределы инструментальных относительных погрешностей будем определять по формулам:

• Для милливольтметра В4-12

, где .

• Для микровольтметра В3-40

, где для предела (1….300) мВ , а для предела (1….300) В.

• Для милливольтметра В3-38

, где для предела (1….300) мВ и для предела (1….300) В.

Формы сигналов точек 1 – 5:

Рис. 1. Формы сигналов

Выводы:

В данной лабораторной работе был изучен принцип работы вольтметров и приобретен практический навык работы с генераторами, электронными вольтметрами и осциллографами. Опытным путём установлено наличие погрешности приборов и результатов измерения. Сделан вывод о недостаточной точности прибора из-за наличия небольшой относительной погрешности. Оценив входную емкость и сопротивление, убедились в большом входном сопротивлении и малой емкости.