Лабораторная работа № 3. «Исследование цифрового комбинированного прибора»

«Исследование цифрового комбинированного прибора»

1. Цель работы: Исследование цифрового комбинированного прибора, ознакомление с принципами работы и получение навыков работы с цифровым прибором.

2. Приборы и принадлежности:

цифровой комбинированный вольтметр Щ1513,

электронный осциллограф С1-112А, (в амплитудном диапазоне от 5 мВ до 250 Мв.; во временном диапазоне от 0,12 мкс. до 0,5 с.; напряжение постоянного тока от 1 мВ до 1000 В; активные сопротивления от 1 Ом до 2,5 Ом.)

генератор синусоидальных сигналов, ГСФ-2,( диапазон частот задающий генератор 0,3 Гц – 1500 кГц., усилитель 0 – 20 кГц., выходные сигналы: гармонический, пилообразный, прямоугольный; выходное напряжение 0 – 20 В ; максимальный ток нагрузки 1,0 А.)

проводники.

3. Теоретическое обоснование:

Устройство и принцип действия цифрового комбинированного вольтметра.

Структурная схема цифрового вольтметра уравновешивающего преобразования показана на Рис.1.

Рис.1

Измеряемое напряжение U_х непосредственно или через делитель напряжения ДН (переключатели SA1 и SA2 в позиции2), с помощью которого выбирается нужный поддиапазон измерения, а затем через фильтр Ф или непосредственно подается на переключатель SA3. Фильтр Ф предназначен для отделения сигнала от помех промышленной частоты 50 Гц и имеет два выхода с подавлением помехи в 40 и 60 дБ соответсвенно. Фильтр, подавляя помехи, одновременно увеличивает инерционность ЦВ. Далее сигнал подается через SA3 и SA4 на вход сравнивающего устройства СУ, которое обладает большим значением входного сопротивления (10⁹ – 10¹⁰ Ом.). На второй вход СУ подается компенсирующее напряжение U_K ,снимаемое с выхода регулируемого делителя напряжения РДН. U_K = 0 – 3 В. Напряжение на вход РДН U₀ поступает от источника опорного напряжения ИОН. Полярноть напряжения этого источника выбирается автоматически в соответствии с полярностью U_Х. Устройство управления УУ автоматически устанавливает в схеме равновесие U_K = U_X = K_Д U₀ = аU₀ N, откуда

N = U_х/аU₀

т.е. зависимость между кодом и измеряемым напряжением имеет вид прямой пропорциональности. Затем код N подается на цифровое счетное устройство, где в виде цифр отображается значение измеряемого напряжения.

Структурная схема ЦВ , реализующая метод двухтактного интегрирования показана на рис.2

Рис.2

Измеряемое напряжение U_х непосредственно или через делитель напряжения ДН , с помощью которого выбирается нужный поддиапазон измерения, затем через фильтр Ф подается на ключ SA4. Система ключей SA4, SA5, SA6 предназначена для подачи на входной усилитель ВУ измеряемого или одного из опорных напряжений положительной или отрицательной полярности, последние вырабатываются источником опорных напряжений ИОН в виде высокостабильных одинаковых по абсолютной величине , но разных по значению напряжений постоянного тока.

Входной усилитель представляет собой усилитель постоянного тока с большим входным сопротивлением и регулируемым посредством ООС коэффициентом усиления. К выходу ВУ подключен интегрирующий преобразователь ИнП на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи ООС. Резистор R преобразует входное напряжение ИнП в пропорциональное значение тока

i_x = U_X K_Д K_У / R

Этот ток , если пренебречь входным током усилителя ИнП ,протекает через конденсатор С и заряжает его, при этом входное напряжение ИнП возрастает.

В момент t = t₁ ключ SA4 размыкается и замыкается SA5 или SA6. На вход ВУ подается опорное напряжение, полярность которого выбирается так, чтобы оно было противоположным полярности U_х и снимало заряд с конденсатора С, накопленный за время замкнутого состояния SA4.

Рис.3

На рис.3 показана временная диаграмма напряжений в точках а и б. На диаграмме видно два тракта в цикле работы преобразователя: первый тракт длительностью t₁ соответствует заряду конденсатора С , второй тракт длительностью t₂ – его разряду. Это и послужило основой для названия метода преобразования – двухтактное интегрирование.

Литература:[1], § 9.5; [2], § 9.1, 9.2.

4. Контрольные вопросы:

1. Для чего применяются цифровые приборы?

2. Что включает в себя общая структурная схема цифрового вольтметра?

3. Какие узлы включает в себя ЦВ прямого преобразования?

4. Какие узлы включает в себя ЦВ уравновешивающего преобразования?

5. Какие преимущества у цифровых вольтметров прямого преобразования?

5. Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с приборами, предназначенными для выполнения работы, и указаниями по их эксплуатации. Внести в табл.1 паспортные данные приборов.

№	цифровой вольтметр Щ1513,	электронный осциллограф С1-112А	генератор синусоидаль-ных сигналов ГСФ-2
U, В	U, В	I, А	U, В	U, В	R, Ом	U,В	I, А	F, Гц
1.

2. Проверить возможность применения имеющейся аппаратуры для решения поставленной измерительной задачи.

3. Зарисовать структурную схему цифрового вольтметра и усвоить состав и назначение основных функциональных узлов – входной цепи, аналого-цифрового преобразователя.

4. Собрать схему.Рис.4 Показать собранную схему преподавателю для проверки.

Рис.4

5. Включить схему и произвести измерения напряжений на всех числовых отметках шкалы.

6. Результаты измерений и расчетов записать в табл.№2.

7. Составить отчет по требуемой форме.

Табл.№2

№	U, В 1-11	U, В 2-21	U, В 3-31

8.Сделать выводы по данной работе.

6.Рекомендуемая литература:

1. В.И. Винокуров и др. «Электрорадиоизмерения» Москва «Высшая школа» 1986.-351 с.

2. Р.М. Демидова-Парфенова и др. «Электрические измерения» - М Энергоиздат 1983. – 392 с.

3. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. - |М.:Логос, 2000. - 408 с.

4. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. -205с.