Л.В. Гребцова, И.Н. Запасный,

по курсам

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ В телекоммуникаци ОННЫХ СИСТЕМАХ

МЕТРОЛОГИЯ И РАДИОИЗМЕРЕНИЯ

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Новосибирск

2009 г.

УДК 621.317 (076.5)

Гребцова Л.В., Запасный И.Н., В.Б. Папэ В.Б.,Сметанин В.И. Измерение напряжения электрических сигналов. Методические указания к лабораторной работе по курсам «Метрология, стандартизация и сертификация», «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах», «Метрология и радиоизмерения», «Метрология, стандартизация и технические измерения» // СибГУТИ. – Новосибирск 2009 г. – 31 с

В методических указаниях приведены задания на выполнение лабораторной работы по разделу «Измерение напряжения электрических сигналов» курса «Метрология, стандартизация и сертификация», «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах»,«Метрология и радиоизмерения», «Метрология, стандартизация и технические измерения». Лабораторная работа поставлена с использованием компьютерных моделей лабораторного стенда и измерительных приборов, сформированных в среде LabVIEW. Это позволяет обучающимся выполнять лабораторные работы везде, где есть персональный компьютер, в том числе и дома, следовательно, лабораторная работа может быть применена при дистанционном обучении. Предложены экспериментальные задачи для решения в лаборатории и индивидуальные тестовые домашние задания для контроля теоретической подготовки студента к выполнению лабораторной работы. Приведены подробные методические рекомендации по проведению экспериментов и обработке их результатов. Предложены вопросы для самоконтроля самостоятельной работы и рекомендации по оформлению отчета. Выполнение работы способствует закреплению теоретических знаний, развитию навыков работы со средствами измерений, приобретению умений по обработке и оформлению результатов экспериментальных исследований. 

Каф. ПДС и М

Ил., 14 табл.12

Рецензент: Н.И. Горлов

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Цель работы

1.1. Изучить:

1.1.1 параметры переменных напряжений и токов;

1.1.2 методы измерения параметров переменных напряжений и токов;

1.1.3 принцип действия, устройство и метрологические характеристики электронных вольтметров;

1.1.4 особенности измерения напряжения электронными вольтметрами переменного тока;

1.1.5 источники погрешности при измерении электронными вольтметрами;

1.1.6 оценка погрешности измерений напряжений вольтметрами;

1.2 получить навыки работы с измерительными приборами;

1.3 приобрести умение обрабатывать и оформлять результаты измерений, выполненных с помощью вольтметров.

2. Программа лабораторной работы.

2.1. Определение основных метрологических характеристик электронных вольтметров в протоколе измерений.

2.2.Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока

2.3 Измерение параметров напряжения сигнала произвольной формы:

· среднеквадратическое значение;

· средневыпрямленное значение;

·пиковое значение.

2.4. Измерение значений коэффициентов амплитуды, формы и усреднения сигналов различной формы.

3. Перечень лабораторного оборудования.

3.1. Основное оборудование.

Аналоговые вольтметры переменного тока:

3.1.1 средневыпрямленного значения;

3.1.2 пикового значения;

3.1.3 среднеквадратического значения.

3.2. Вспомогательные приборы.

3.2.1 Генератор сигналов специальной формы (функциональный генератор).

3.2.2 Электронно-лучевой осциллограф.

Подготовка к работе.

Ознакомиться с теоретическими основами измерения напряжения электрических сигналов по литературе [1] (с.85-93,95-97,102-112), [2] (с.54-72,100-110), конспекту лекций, методическим указаниям к настоящей лабораторной работе.

 Заготовить в отчете по лабораторной работе таблицы для записи результатов наблюдений и результатов их обработки по каждому пункту программы лабораторной работы. Привести в отчете необходимые формулы по обработке результатов измерений и оценке погрешности измерений.

4.1. Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на следующие вопросы:

· параметры напряжения сигналов переменного тока: среднее, средневыпрямленное, среднеквадратическое и пиковое значения напряжения;

·  устройство, принцип действия и основные характеристики электромеханических вольтметров переменного тока;

·  устройство, принцип действия и основные характеристики электронных (аналоговых и цифровых) вольтметров переменного тока;

· структурные схемы аналоговых электронных вольтметров переменного тока;

· основные типы преобразователей, применяемых в электронных аналоговых вольтметрах, их назначение;

· градуировка электронных вольтметров, определение параметров напряжения сигнала по показаниям вольтметра;

· особенности измерения импульсных сигналов;

· источники погрешностей в аналоговых электронных вольтметрах, оценка погрешности измерения напряжения вольтметрами;

· основные достоинства цифровых вольтметров;

· основные метрологические характеристики вольтметров переменного тока;

· как измерить среднеквадратическое значение напряжения электрических сигналов?

· как измерить средневыпрямленное значение напряжения электрических сигналов?

· как измерить среднее значение напряжения сигнала, какое средство измерений Вы выберите?

· в каком диапазоне частот могут измерять напряжение гармонических сигналов электронные вольтметры?

· как зависит погрешность показаний вольтметров различного типа от частоты измеряемого сигнала?

4.2. Задачи для самоконтроля.

Вариант задания совпадает с двумя последними цифрами номера студенческого билета (пороля).

Задача 1. Определить пиковое, средневыпрямленное, среднеквадратическое значения напряжений, если известно показание вольтметра U_v, который проградуирован в среднеквадратических значениях для гармонического сигнала. Исходные данные приведены в табл. 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1

                            Тип преобразователя и показание вольтметра к задаче 1

Таблица 4.2

 Значения коэффициентов амплитуды К_а  и формы К_ф

 исследуемого сигнала  к задаче 1

Задача 2. Определить ЭДС источника (Е_ист), методическую абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС источника напряжения, выполненного согласно схеме рис.4.1. Внести поправку в результат измерения напряжений вольтметрами. Исходные данные к решению задачи 2 приведены в табл. 4.3 и 4.4.

Рис. 4.1. Схема измерения к задаче 2.

Таблица 4.3

Входное сопротивление вольтметра R_v  к задаче 2

Таблица 4.4

Значение выходного сопротивления источника R _ист  и показание

вольтметра U_v к задаче 2.

Таблица 4.5

Форма сигнала, пиковое значение сигнала U_m,

 конечное значение шкалы вольтметра U_k  к задаче 3

Вид параметра	Последняя цифра номера студенческого билета
	0	1	2	3		4		5	6		7	8	9
U m, В	5	8	15	10		25		20	40		30	50	70
Um t t t   сигнал	Гармонический
Uk,В	10	15	20		15	30	25		100	50		100		150

Задача 3. Определить показания вольтметра U_v и оценить погрешность измерения напряжения для сигнала, указанного в табл. 4.5. Записать результат в соответствии с нормативными документами в двух вариантах с указанием границы: а) абсолютной погрешности; б) относительной погрешности. Метрологические характеристики вольтметра и параметры сигнала приведены в табл. 4.5 и 4.6.

Таблица 4.6

Метрологические характеристики вольтметра к задаче 3