Методические указания к выполнению лабораторной работы №4 по курсу “Основы измерительной техники” для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения (стр. 1 из 3)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ: Декан ЭФФ

_________ Евтушенко Г.С.

"____"____________ 2009 г.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы № 4

по курсу “Основы измерительной техники”

для студентов электротехнических

специальностей всех форм обучения

ТОМСК 2009

УДК 621.317.3 (075.8) Выпрямительные вольтметры

Методические указания по выполнению лабораторной работы № 4 по курсу «Основы измерительной техники» для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения - Томск: изд. ТПУ. 2009 -13с.

Составители доцент, к.т.н. В.Ф. Вотяков,

доцент, к.т.н. А.М. Нестеров

Рецензент доцент, к.т.н. Д.В.Миляев

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры информационно-измерительной техники 05 февраля 2009 г.

Зав. кафедрой ИИТ, профессор

__________ Гольдштейн А.Е.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫх ВОЛЬТМЕТРов

Введение

Высокая чувствительность, точность, малое потребление мощности выгодно отличает магнитоэлектрические приборы от других электромеханических приборов аналогичного назначения. Однако непосредственно они пригодны только в цепях постоянного тока. Для того, чтобы использовать достоинства магнитоэлектрических механизмов при измерениях в цепях переменного тока, необходимо предварительно преобразовать переменный ток в постоянный.

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный используют выпрямительные, термоэлектрические преобразователи, а также преобразователи на электронных элементах (электронных лампах, транзисторах, интегральных микросхемах и т. п.) В соответствии с этим различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы.

В данной работе рассмотрены выпрямительные вольтметры, схемы их построения, характеристики и погрешности.

Работа рассчитана на 2 часа аудиторной работы.

1.Цель работы

1.1.Изучить устройство, принцип действия, схемы построения, характеристики и методы коррекции частотной погрешности выпрямительных вольтметров.

1.2.Получить практические навыки в постановке эксперимента по предложенной программе, научиться грамотно проводить анализ и обработку результатов исследований.

2.Программа работы

2.1.Изучить средства измерений и устройство лабораторного макета, используемых при проведении работы.

2.2.Исследовать выпрямительный вольтметр по схеме однополупериодного выпрямления.

2.2.1.Рассчитать и изготовить на базе магнитоэлектрического механизма (микроамперметра) выпрямительный вольтметр с пределами измерения переменного напряжения 5В.

2.2.2.Снять и построить градуировочную характеристику выпрямительного вольтметра. Оценить погрешность от нелинейности.

2.2.3.Выполнить измерение ряда значений переменного напряжения и оценить погрешность результатов измерений.

2.2.4.Снять и построить частотную характеристику Uv=F(f) выпрямительного вольтметра:

-без корректирующих элементов;

-с корректирующими элементами.

2.3.Исследовать выпрямительный вольтметр по схеме двухполупериодного выпрямления по п.п.2.2.1.-2.2.3.

2.4.Провести сравнительный анализ характеристик исследуемых вольтметров и сделать выводы.

2.5.Оформить отчет.

3.Объект исследований и средства измерений

Объектами исследований в лабораторной работе являются одно- и двухполупериодные выпрямительные вольтметры. Все элементы, необходимые для сборки схем выпрямительных вольтметров, расположены на макете.

Принципиальная схема лабораторного макета приведена на рис.1.

В качестве измерительного механизма (ИМ ) магнитоэлектрической системы используется микроамперметр типа М2001.

Выпрямительные преобразователи однополупериодного (ВП1) и двухполупериодного (ВП2) выпрямления выполнены соответственно на полупроводниковых диодах VD1-VD2 и VD3-VD6.

Выбор схемы исследования (ВП1 или ВП2) осуществляется переключателем S1 (соответственно положения 1 и 2).

Функцию добавочного резистора выполняет магазин сопротивлений Р33, а корректирующие конденсаторы находятся на макете и подключаются к добавочному резистору при помощи монтажных проводов и переключателя S2. Кроме того, в комплект оборудования к лабораторной работе входят:

- генератор сигналов специальной формы SFG -2104 (генератор);

- цифровой осциллограф АСК -2067 (осциллограф);

- мультиметр цифровой APPA-109N 9 (мультиметр);

- магазин сопротивлений Р33.

4.Общие сведения

Измеряемое переменное напряжение обычно оценивается следующими параметрами: мгновенным, амплитудным, средним, средневыпрямленным и действующим значениями.

Амплитудное значение (амплитуда) Um измеряемого напряжения u(t) определяется как его наибольшее значение за период Т (рис.2,а). Для несимметричного относительно нуля напряжения вводят понятие пиковых отклонений вверх Um+ и вниз Um- (рис.2,б). Среднее значение напряжения в этом случае запишется как

(1)

Cредневыпрямленное значение Uср.в (рис.2,в) определяется как постоянная составляющая напряжения U(t) после его выпрямления:

(2)

Для напряжения одной полярности среднее и срадневыпрямленное значения равны. Для разнополярных напряжений эти значения могут существенно отличаться друг от друга. Так для чисто гармонического напряжения Uср=0, а Uср.в=0,637Um.

Действующее (эффективное) значение напряжения U оценивается по среднеквадратическому значению как

(3)

Между амплитудным, действующим и средневыпрямленным значениями напряжения определенной формы могут быть установлены связи через коэффициент амплитуды kа=Um/Uэфф и коэффициент формы kf=Uэфф/Uср.в. (4)

Значения коэффициентов для напряжений различной формы приведены в табл.1

В соответствии с измеряемым параметром напряжения различают вольтметры амплитудного (пикового), среднего, средневыпрямленного и действующего (эффективного) значений.

В данной лабораторной работе рассмариваются выпрямительные вольтметры среднего (средневыпрямленного) значений, которые представляют собой сочетание выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического механизма с отсчетным устройством.

В качестве выпрямительных преобразователей в этих приборах используют преимущественно полупроводниковые диоды (германиевые или кремниевые). Наибольшее распространение получили точечные кремниевые диоды, которые имеют малую собственную емкость (несколько пикофарад) и могут работать в широком диапазоне частот- от низких (0-50) до высоких (104-105)Гц. Недостатком полупроводниковых диодов, как выпрямительных преобразователей, является нелинейность вольтамперной характеристики, ее нестабильность во времени и выраженные зависимости от температуры и частоты.

Таблица 1

Форма переменного напряжения	U	Uср	ka	kf
	Um	Um	1	1

Выпрямительные свойства диодов характеризуют коэффициентом выпрямления