МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Физико-технологический институт

Кафедра экспериментальной физики

УТВЕРЖДАЮ

Директор ФТИ

В.Н. Рычков

«___» _____________2012г.

ПРИЛОЖЕНИЕ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Метрология, стандартизация и сертификация

Методические указания к выполнению лабораторной работы №2

«Электронные вольтметры»

Рекомендована Методическим Советом ФТИ

для специальностей и направлений подготовки:

140.307 – «Радиационная безопасность человека и окружающей среды»

200.402 – «Инженерное дело в медико-биологической практике»

200.300 – «Биомедицинская инженерия»

Екатеринбург 2012

Методические указания составлены в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего образования на основании учебного плана для направлений 140.307 «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», 200.402 «Инженерное дело в медико-биологической практике» и 200.300 – «Биомедицинская инженерия»

.

Методические указания составил:

Ст. преподаватель. Новиков Е.Г.

Методические указания одобрены на заседании кафедры экспериментальной физики “___”__________2012 г., протокол №____.

Заведующий кафедрой В.Ю.Иванов

Методические указания одобрены на заседании методического совета ФТФ

“____”_________2012 г., протокол №____.

Председатель методического совета Н.Н.Курбатов

Аннотация содержания методических указаний

Методические указания посвящены рассмотрению вопросов построения аналоговых и цифровых электронных вольтметров и их метрологических характеристик.

Лабораторная работа №2

электронные вольтметры

Цель работы: Изучение характеристик и принципов действия электронных вольтметров.

1. Общие сведения

Электронные вольтметры (ЭВ) являются наиболее распространенными электроизмерительными приборами, предназначенными для измерения напряжений постоянного и переменного тока.

В зависимости от рода входного сигнала электронные вольтметры делят на четыре группы;

1) вольтметры постоянного напряжения (группа В2), 2) вольтметры переменного напряжения (группа ВЗ), 3) вольтметры импульсного напряжения (группа В4), 4) вольтметры селективные (группа В6).

Универсальные приборы, предназначенные для измерения постоянного и импульсного напряжения и тока, выделены в группу В7.

1.1. Аналоговые электронные вольтметры (ав)

1.1.1. Обобщенная структурная схема ав

Принцип действия аналоговых электронных вольтметров состоит в усилении сигнала измеряемого напряжения и измерении сигнала, полученного в результате этого усиления.

Они являются обычно приборами прямого измерительного преобразования, обладают большим входным сопротивлением (более 1 МОм), высокой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых напряжений (от десятков нановольт до десятков киловольт) и могут работать в широком частотном диапазоне (от постоянного тока до частот порядка мегагерц).

В аналоговых электронных вольтметрах постоянного тока (рисунок 1, а) сигнал измеряемого напряжения U постоянного тока поступает во входную измерительную цепь, где по необходимости преобразуется (обычно масштабируется с помощью резисторного делителя напряжения). Полученный при этом сигнал усиливается усилителем постоянного тока и подается на магнитоэлектрический преобразователь.

Усилитель постоянного тока увеличивает мощность усиливаемого сигнала за счет энергии источника питания, что и обеспечивает большую чувствительность электронного вольтметра по сравнению с электромеханическими приборами.

Усилители постоянного тока, используемые в аналоговых электронных вольтметрах, имеют линейную статическую характеристику и стабильный коэффициент усиления. Это обеспечивается использованием в усилителе отрицательной обратной связи и стабилизацией напряжения питания.

Рисунок 1 - Схемы аналоговых электронных вольтметров:

1 — входная цепь вольтметра постоянного тока; 2 — электронный усилитель постоянного тока; 3 — магнитоэлектрический преобразователь; 4 — входная цепь вольтметра переменного тока; 5—электронный усилитель переменного тока; 6 — преобразователь рода тока (детектор); B — переключатель

Аналоговые электронные вольтметры переменного тока строят по схемам, показанным на рисунках. 1, б и 1, в.

В первой схеме переменное измеряемое напряжение преобразуется в постоянное, а затем усиливается усилителем постоянного тока. Во второй схеме измеряемое переменное напряжение усиливается усилителем переменного тока, а затем преобразуется в постоянное напряжение.

Вольтметры, построенные по первой схеме, характеризуются широким частотным диапазоном (20 Гц — 1000 МГц), но недостаточно высокой чувствительностью, связанной с влиянием порога чувствительности полупроводниковых выпрямителей на результат преобразований малых напряжений. Вольтметры, построенные по второй схеме, характеризуются более высокой чувствительностью, но сравнительно узким частотным диапазоном (10 Гц – 20 МГц), который определяется частотными характеристиками усилителей переменного тока.

Широкое применение имеют универсальные аналоговые электронные вольтметры (рисунок 1, г), которые предназначаются для измерений в цепях постоянного и переменного тока.

Аналоговые электронные вольтметры выпускают с классами точности от 0,5.