Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Владимирский государственный университет
имени А. Г. и Н. Г. Столетовых
Факультет радиофизики электроники и медицинской техники
Кафедра РТ и РС
Лабораторная работа №2
Квп: Вольтметры
Выполнил
студент группы РТ – 109
Егоров Александр
Проверил:
Руфов А. А.
г. Владимир
2012
Цель работы
Изучить виртуальные вольтметры, их принципы работы, передние панели и метрологические характеристики. Приобрести практические навыки работы в различных режимах измерения.
Применить вольтметры для исследования нестабильности выходного напряжения во времени и неравномерности уровня при перестройке частоты генератора сигнала (ГС) с разными формами выходного напряжения.
Теория
Все вольтметры можно разделить на аналоговые и цифровые. В процессе измерений могут оцениваться:
Мгновенные значения сигнала.
Амплитудные значения – максимум мгновенных значений.
Пиковые значения – максимумы и минимумы полуволн несинусоидальных колебаний (для симметричных полуволн амплитуда равна пику).
Размах – сумма пиковых значений.
Среднеквадратическое за период напряжение
Для гармонического колебания получим , а для негармонического UСК определяется амплитудами гармоник (Ui) и постоянной составляющей (Uo) сигнала:
Среднее значение (среднеарифметическое за период)
7. Средневыпрямленное значение (среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений)
Для различных законов изменения напряжения связь амплитудного значения и среднеквадратического определяется коэффициентом амплитуды
Связь среднеквадратического значения (СКЗ) и средневыпрямленного определяется коэффициентом формы:
.
Для гармонического закона Каг=1,41; Кфг=1,11.
Для пилообразного - Кап=1,73; Кфп=1,16.
Для меандра - Кам=1; Кфм=1.
Вольтметры являются основными приборами при исследовании радиоустройств и режимов их работы. В отдельные виды выделены вольтметры постоянного (В2) и переменного напряжения (В3), импульсные (В4) и селективные приборы (В6).
В соответствии с измеряемым параметром различают вольтметры амплитудного значения (пиковые), среднего, средневыпрямленного и среднеквадратического (действующего или эффективного) значений (СКЗ).
Универсальные вольтметры (В7) могут измерять постоянные и переменные напряжения, активные сопротивления и токи.
Электронные вольтметры обладают большим входным сопротивлением, достигающим на постоянном токе 10 МОм, имеют широкий частотный диапазон до 3 ГГц и высокую точность измерения. Основным узлом цифровых приборов является аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий непрерывную измеряемую величину в цифровой код. В серийных цифровых вольтметрах используются время-импульсные, частотно-импульсные и кодово-импульсные АЦП.
В виртуальных вольтметрах могут применяться методы обработки дискретизированных сигналов, как во временной, так и в частотной области. Во временной области используются методы численного интегрирования, в частотной - хорошо работают алгоритмы БПФ.
В лабораторном виртуальном цифровом вольтметре (ЦВ) реализован вычислительный принцип измерения размаха сигнала, его среднеквадратического и пиковых значений. Прибор может считаться образцовым (эталонным), он измеряет переменное напряжение произвольной формы в диапазоне значений от 10 мВ до 50 В на частотах от 10 до 50000 Гц. Виртуальный аналоговый вольтметр (АВ) позволяет измерять среднеквадратическое переменное напряжение произвольной формы в диапазоне от 30 мВ до 300 В и диапазоне частот 10 … 10000 Гц.
Принципиальные различия между эталонными и рабочими средствами измерений заключаются не в точности, а в том, что эталоны официально утверждены в качестве таковых и могут использоваться для поверки, в то время как рабочие средства измерений предназначены только для измерений, не связанных с передачей единицы другим СИ.
Государственная поверочная схема в общем случае включает государственные эталоны, вторичные эталоны, эталонные и рабочие средства измерений, а также методы передачи размера единиц (методы поверки).
Поверку прибора, например, аналогового вольтметра, можно осуществлять по эталонным мерам (эталонному генератору – калибратору), по эталонному прибору (образцовому ЦВ) или по эталонному прибору и эталонным мерам (если прибор имеет недостаточно широкий диапазон измерений).
При наличии широкодиапазонного эталонного прибора с его помощью рабочие меры можно поверять методом прямых измерений, если их номинальные значения входят в диапазон измерений прибора.