Измерение напряжений
Федеральное
агентство связи
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
Московский
Технический Университет Связи и Информатики
(МТУСИ)
Кафедра
метрологии, стандартизации и измерений в инфокоммуникациях
Лабораторная
работа №3
«Измерение
напряжений»
Выполнил:
Овчинников Анатолий
Группа БЗС1202
Москва
2015
Цель работы
Овладеть методами измерения напряжений в цепях
электронных схем.
Получить навыки работы с электронными
вольтметрами и освоить подход к их выбору.
Научиться оценивать погрешности результата
измерения напряжений.
Программа лабораторной работы
вольтметр напряжение сопротивление
цифровой
Измерение входных сопротивлений конкретных
экземпляров вольтметров, используемых в работе.
Исследование влияния входного сопротивления
вольтметра на результат измерения напряжения с применением делителя напряжения.
Определение обусловленной закрытым входом
дополнительной погрешности измерения пиковым вольтметром амплитуды однополярных
импульсов, образующих периодическую последовательность.
Исследование зависимости показаний электронных
вольтметров от формы измеряемого напряжения.
Проверка стрелочного электронного вольтметра по
цифровому методу сличения.
Состав лабораторной установки
Лабораторная установка содержит:
Стрелочный электронный вольтметр В4-12
Стрелочный электронный вольтметр В3-57
Стрелочный электронный вольтметр В3-7
Электронный цифровой вольтметр В7-38
Генератор сигналов специальной формы Г6-27
Измерительный генератор периодической
последовательности прямоугольных импульсов Г5-54
Электронный осциллограф С1-77
Блок резисторов
Блок резистивных делителей напряжения
Блок коммутации
Экспериментальная часть
Измерение входных сопротивлений конкретных
экземпляров вольтметров, используемых в работе.
Схема соединения аппаратуры
Таблица 1
|
№
п/п
|
Тип
вольтметра
|
Показания
|
Сопротивление
резисторного блока, МОм
|
Входное
сопротивление вольтметра Rвх, МОм
|
|
|
АП1,
В
|
АП2,
В
|
|
Измеренное
|
Из
тех. хар-тик
|
|
1
|
В3-57
|
30
|
14
|
5
|
4.37
|
5
|
|
2
|
В7-38
|
4
|
2
|
1
|
1
|
1
|
|
3
|
В4-12
|
3
|
1.5
|
3
|
3
|
1
|
|
4
|
В3-7
|
9
|
3
|
2.45
|
2
|
Вывод: в данном пункте мы измерили входные
сопротивления каждого из вольтметров, используемых в работе. У вольтметра В3-7,
В4-12 и В3-57 входное сопротивление не соответствует значению входного сопротивления
из тех. характеристик, в то время как полученное значение входного
сопротивления у других вольтметров практически не отличается от заявленного в
тех. хар-ках.
Исследование влияния входного сопротивления
вольтметра на результат измерения напряжения с применением делителя напряжения
Схема соединения аппаратуры
Таблица 2
|
Данные
вольтметра
|
Коэффициент
передачи делителя напряжения
|
Показания
вольтметра на выходе делителя
|
Напряжение
на входе делителя
|
Относительная
погрешность
|
|
Тип
вольтметра
|
Rвх,
МОм
|
Без
вольтметра
|
При
вкл. вольтметре
|
АП1,В
|
АП2,В
|
С
учетом вольтметра
|
Без
учета вольтметра
|
|
|
|
делитель
|
делитель
|
|
|
UД1,В
|
UД2,В
|
U1,В
|
U2,В
|
δ1
,% при RД1
|
δ2
,% при RД2
|
|
|
№1
К1
|
№2
К2
|
№1
К1'
|
№2
К2’
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В3-57
|
5
|
0.5
|
0.5
|
0.5
|
0.21
|
3
|
2.2
|
60
|
44
|
60
|
62
|
0
|
29.3
|
|
B7-38
|
1
|
0.5
|
0.5
|
0.5
|
0.17
|
3
|
0.17
|
6
|
4.5
|
6
|
1.54
|
0
|
65.7
|
Вывод: В данном пункте мы провели исследование
влияния входного сопротивления вольтметра на результат измерения напряжения с
применением делителя напряжения. При делителе № 2 относительная погрешность
резко возрастает.
Определение обусловленной закрытым входом
дополнительной погрешности измерения пиковым вольтметром амплитуды однополярных
импульсов, образующих периодическую последовательность.
Схема соединения аппаратуры
Таблица 3
|
№
п/п
|
Скважность
Q
|
Длительность
импульса при Fс = 1 кГц, мкс τ
|
Дополнительная
погрешность
|
|
|
|
|
по
рез-там измерений δ ,%
|
по
рез-там расчета δ ,%
|
|
1
|
103
|
1
|
2
|
0
|
0.1
|
|
2
|
10
|
100
|
1.85
|
7.5
|
10
|
|
3
|
3
|
330
|
0.8
|
60
|
33
|
Вывод: В этом пункте мы провели измерение
дополнительной погрешности, обусловленной закрытым входом вольтметра, пиковым
вольтметром амплитуды однополярных импульсов. По полученным результатам можно
сделать следующий вывод: дополнительная погрешность возрастает с увеличением
длительности импульсов, при неизменной частоте следования и амплитуде
импульсов.
Исследование зависимости показаний электронных
вольтметров от формы измеряемого напряжения
Схема соединения аппаратуры:
Таблица 4
|
Вид
сигнала
|
Коэф.
амплитуды
|
Коэф.
формы
|
Данные
применяемых вольтметров
|
Показания
вольтметра АП,В
|
Значения
параметров напряжения
|
|
исход-ный
|
на
детекторе
|
исход-ный
|
на
детекто-ре
|
тип
вольт-метра
|
вход
|
тип
детектора
|
в
каких значениях проградуиро-вана шкала
|
градуировочный
коэффициент С
|
формула
градуиро-вочной хар-ки
|
|
Uм,В
|
U,В
|
Uср.в,В
|
|
_∏_
|
2.23
|
2
|
2.23
|
2
|
В3-57
|
Закрыт
|
квадратичный
|
Среднеквадрат.
|
1
|
|
6.9
|
17.1
|
7.7
|
3.45
|
|
|
|
|
|
В7-38
|
Закрыт
|
среднеквадратичный
|
в
среднеквадр. син. напр
|
1.11
|
|
8
|
13.8
|
10
|
4.5
|
Закрыт
|
пиковый
|
пиковых
|
1
|
|
21
|
26.25
|
11.7
|
5.27
|
|
|
|
|
|
В3-7
|
Закрыт
|
средне-выпр.
|
В
среднеквадратичных
|
1.11
|
|
7
|
13.34
|
8.7
|
3.94
|
Коэффициент амплитуды:
а) исходный:
б) с детектором:
Среднеквадратический вольтметр с закрытым входом
измеряет сигнал без его постоянной составляющей, т.е.
Коэффициент формы:
а) исходный:
(т.к. импульсы
однополярные)
б) с детектором:
Вольтметр средневыпрямленного значения с
закрытым входом измеряет сигнал без его постоянной составляющей, т.е.
Градуированный коэффициент:
Расчет параметров напряжения:
1) В3-57
С = 1, U’ = Aп=6.9
) В7-38
С = 1.11, Ап=8 
3) В3-7
С = 1.11 Формулы аналогичны формулам
для вольтметра В7-38
) В4-12
С = 1
Проверка стрелочного электронного вольтметра по
цифровому методу сличения
Схема соединения аппаратуры
Таблица 5
|
№
п/п
|
Показания
вольтметров
|
Погрешности
единичных измерений
|
|
проверяемого,
В
|
образцового,
В
|
ход
вверх ∆Mi, В
|
ход
вниз ∆Бi, В
|
|
|
ход
вверх
|
ход
вниз
|
|
|
|
1
|
1.5
|
1.5390
|
1.5348
|
0.039
|
0.035
|
1.5
|
1.5119
|
1.5251
|
0.012
|
0.025
|
|
3
|
1.5
|
1.5303
|
1.5261
|
0.03
|
0.026
|
|
4
|
1.5
|
1.5230
|
1.5025
|
0.023
|
0.0025
|
|
5
|
1.5
|
1.5236
|
1.5210
|
0.024
|
0.021
|
|
6
|
1.5
|
1.5285
|
1.5187
|
0.028
|
0.019
|
|
7
|
1.5
|
1.5205
|
1.5073
|
0.02
|
0.0073
|
|
8
|
1.5
|
1.5386
|
1.5192
|
0.039
|
0.019
|
|
9
|
1.5
|
1.5020
|
1.5354
|
0.002
|
0.035
|
|
10
|
1.5
|
1.5330
|
1.5340
|
0.033
|
0.034
|
|
11
|
1.5
|
1.5187
|
1.5430
|
0.019
|
0.043
|
|
12
|
1.5
|
1.5080
|
1.5478
|
0.008
|
0.048
|
|
13
|
1.5
|
1.5495
|
1.5256
|
0.05
|
|
14
|
1.5
|
1.5264
|
1.5055
|
0.026
|
0.0055
|
|
15
|
1.5
|
1.5356
|
1.5192
|
0.036
|
0.019
|
Систематическая погрешность:
Оценка среднего квадратического отклонения
случайной составляющей погрешности:
Абсолютное значение разности:
Получили:
0,03692667
0,013513714 
0,016626667