Устроиство и работа вольтметра и его составных частей

НАЗНАЧЕНИЕ

1.1. Вольтметр универсальный цифровой В7-27 предназначен для измерения постоянного и переменного на­пряжений, сопротивления, постоянного тока, температуры. Переменные данные для модификаций вольтметра приведены в табл. 1.

Таблица 1

Полное наименование изделия	Обозначение	Диапазон частот измеряемого переменного напряжения	Цифровой индикатор
Вольтметр универсальный цифровой В7-27 Вольтметр универсальный цифровой В7-27А Вольтметр универсальный цифровой В7-27А/1	Тг2.710.005 Тг2.710.005-01 Тг2.710.005-04	от 20 Гц до ІОО кГц от 2ПГц до 6МГц от 20Гц до 6 МГц	индикаторная лампа индикатор на светоизлучающих диодах индикаторная лампа

 

1.2. Вольтметр предназначен для работы от сети напряжением 220 В ±22 В частотой 50±0,5 Гц и содержанием гармоник 5% в любом закрытом помещении при:

n температуре окружающей среды от 278 до 813 К (от 5 до 40 °С);

n относительной влажности до 90% при температуре окружающего воздуха 303К (30° С);

2.3. Вольтметр применяется при производстве, разработке и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЬІЕ

2.1. Вольтметр обеспечивает измерение постоянного напряже­ния положительной и отрицательной полярностей в диапазоне от 100 мкВ до 1000 В с пределами измерений 100 мВ, 1, 10, 100, 1000 В.

2.2. Пределы допускаемой основной погрешности измерения постоянного напряжения, в процентах, равны:

n на пределе измерения 100 мВ,

n на. остальных пределах измерения,

где – номинальное значение установленного предела измере­ния,

действительное значение измеряемой величины.

2.3. Входное сопротивление вольтметра при измерений посто­янного напряжения составляет10⁷ Ом ±5%.

2.4. Вольтметр обеспечивает при измерений постоянного напряжения коэффициент подавления помех нормального вида не менее:

n 40 дБ при частоте помехи, равной 50 Гц;

n 36 дБ при частоте помехи от 49,5 до 50,5 Гц.

2.5. Вольтметр обеспечивает при измерении постоянного напряжения коэффициент подавления помех общего вида напряжения постоянного тока не менее 60 дБ при сопротивлении небаланса 1 кОм.

2.6. Вольтметр обеспечивает измерение среднеквадратического значення напряжения синусоидальной формы в диапазоне от 300 мкВ до 300 В с пределами измерения 1, 10,100 мВ; 1, 10, 100, 1000 В.

Диапазон частот измеряемого напряжения равен от 20 Гц до 100 кГц.

На частотах свыше 30 кГц максимальное измеряемое напряже­ние составляет не менее значения, определяемого выражением

(2) ;

где – максимальное измеряемое напряжение, В;

– постоянная величина, равная 1×10 В×Гц;

– частота измеряемого сигнала, Гц.

2.7. Пределы допускаемой основной погрешности измерения переменного напряжения, в процентах, указаны в табл. 2.

Таблица 2.

Диапазон	Пределы допускаемой погрешности измерения переменного напряжения, в процентах, на пределах измерения
Частот	1 мВ	10 мВ	100 мВ	1 В	10 В	100 В	1000 В
от 20 до 400 Гц
свыше 400 Гц до 10 кГц
свыше 100 кГц до 1 кГц

 

2.8. Входное сопротивление вольтметра при измерении пере­менного напряжения на частоте 20 Гц на пределах 1, 10, 100 мВ; 1 В составляет не менее 10⁶ Ом, на пределах 10, 100, 1000 В равно 10⁶ Ом ±2%.

Входная шунтирующая емкость не превышает 45 пФ.

2.9. Вольтметр обеспечивает измерение сопротивления посто­янному току в диапазоне от 0,001 0м до 20МОм с пределами изме­рения 1, 10, 100 0м; 1, 10, 100 кОм; 1,10 МОм.

2.10. Пределы допускаемой основной погрешности измерения сопротивления, в процентах, равны:

n на пределах измерения 1,100м; 10 МОм;

n на остальных пределах измерения,

где R_k – номинальное значение установленного предела измере­ния;

R – действительное значение измеряемой величины.

2.11. Максимальный ток через измеряемое сопротивление не превышает 10 мА на всех пределах измерения сопротивления, за исключением предела 100 Ом. Ток через измеряемое сопротивле­ние на пределе измерения 100 Ом равен 10 мА ±0,5%.

Максимальное напряжение на измеряемом сопротивлении (на­пряжение на открытых гнездах) не превышает 5 В.

2.12. Вольтметр обеспечивает измерение постоянного тока в диапазоне от 1 нА до 200 мА с пределами измерений 1, 10, 100 мкА; 1,10.100 мА.

2.13. Пределы допускаемой основной погрешности измерения постоянного тока, в процентах, равны на всех пределах измерения,

(4)

где I_k – номинальное значение установленного предела измере­ния;

I – действительное значение измеряемой величины.

2.14. Вольтметр обеспечивает измерение значений постоянного напряжения, постоянного тока, сопротивления, па 100% превыша­ющих предел измерения на всех пределах, за исключением предела 1000 В при измерении постоянного напряжения. Вольтметр обеспечивает измерение значений переменного напряжения. на 50% превышающих предел измерения, на всех пре­делах, за исключением предела 1000В.

Пределы допускаемой основной погрешности измерения вели­чин, превышающих предел измерения, не превышают пределов до­пускаемой основной погрешности измерения величин, равных но­минальному значению установленного предела измерения.

2.15. Вольтметр обеспечивает измерение температуры в граду­сах Цельсия в диапазоне от минус 30 до плюс 100° С.

2.16. Пределы допускаемой погрешности измерения темпера­туры равны ±2°С.

2.17. Время установления показания вольтметра при измерении постоянного напряжения, постоянного тока и сопротивления на пределах 100 Ом; 1, 10,100 кОм; 1, 10 МОм превышает 1 с, при измерении переменного напряжения и сопротивления на пределах 1, 10 Ом – не превышает 5 с.

2.18. Вольтметр обеспечивает автоматическое определение и индикацию полярности при измерении постоянного напряжения и тока и индикацию перегрузки при измерении постоянного напря­жения (за исключением предела 1000В), тока, сопротивления и переменного напряжения (за исключением предела 1000В).

2.19. Пределы допускаемой дополнительной погрешности вольтметра при всех видах измерений, за исключением измерения температуры, имеют значение, равное:

n 1/2 пределов допускаемой основной погрешности от изменения температуры на каждые 10° С;

n пределу допускаемой основной погрешности в условиях по­вышенной влажности 85—90% при температуре окружающего воз­духа 303К (30° С).

Пределы допускаемой дополнительной погрешности измере­ний переменного напряжения, обусловленной искажением синусо­идальной формы кривой измеряемого переменного напряжения; имеют значение, равное:

n 1/2 пределов допускаемой основной погрешности при коэф­фициенте гармоник Кг измеряемого напряжения, не превышающем значения, в процентах,

, (5)

где – предел допускаемой основной погрешности измерения переменного напряжения в соответствии с п. 2.7;

n пределам допускаемой основной погрешности при коэффи­циенте гармоник Кг измеряемого напряжения, не превышающем значения, в процентах,

, (6)

2.20. Вольтметр при измерении постоянного напряжения имеет изолированный от корпуса вход.

Максимальное рабочее напряжение между гнездом 0 и кор­пусом вольтметра составляет 500 В.

Максимальное рабочее напряжение между гнездом U =, R и корпусом вольтметра составляет 1000 В.

Максимальное рабочее напряжение между гнездами U =, R и 0 составляет 1000 В.

Под максимальным рабочим напряжением понимается по­стоянное напряжение, амплитуда напряжения.переменного тока или их суммарное значение.

2.21. Вольтметр обеспечивает свои технические характеристи­ки после времени самопрогрева, равного 15 мин.

2.22. Питание вольтметра осуществляется от сети переменного тока напряжением 22Q±22 В частотой 50 ±0,5 Гц и содержанием гармоник до 5%.

2.23. Мощность, потребляемая вольтметром от сети при номинальном напряжении, не превышает 35 В×А.

2.24. Вольтметр допускает непрерывную работу в рабочих условиях в течение 16 ч при сохранении своих технических характеристик.

2.25. Напряжение индустриальных радиопомех не превышает следующих значений в диапазонах частот: от 0,15 до 0,5 МГц – 80 дБ; свыше 0,5 до 2,5 МГц – 74 дБ; свыше 2,5 до 30 МГц – 66 дБ.

2.26. Наработка на отказ вольтметра составляет 2000 ч.

2.27. Габаритные размеры вольтметра 259х180х322 мм. Габаритные размеры в укладочном ящике 505х180х330 мм.

2.28. Масса вольтметра не более 6 кг. Масса вольтметра с транспортной тарой не более 30 кг.

 

УСТРОИСТВО И РАБОТА ВОЛЬТМЕТРА И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

 

Принцип действия

Принцип действия вольтметра универсального цифрового В7-27 состоит в преобразовании измеряемой физической величины (переменного напряжения, постоянного тока, сопротивления, температуры) в постоянное напряжение с последующим его измерением аналого-цифровым преобразователем (АЦП) интегрирующего типа.

3.1.1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное.

Измеряемое переменное напряжение с входного разъема ®), ~300 V макс. поступает через входной делитель на преобразователь напряжения. Преобразователь напряжения представляет собой активный преобразователь средневыпрямленных значений переменного напряжения, проградуированный по среднеквадратическом значению синусоидального напряжения. Преобразователь переменного напряжения состоит из преобразователя импеданса ПИ, аттенюатора Аттен., широкополосного усилителя преобразователя Усил., двухполупериодного детектора Дет., и двух фильтров нижни частот ФНЧ. Выходное постоянное напряжение с выхода преобразователя через усилитель постоянного тока УПТ поступает на вход АЦП.

При правильном выборе предела измерения измеряемое переменное напряжение, уровень которого может быть от 300 мкВ до 300 В, на выходе преобразователя напряжения приводится к значению постоянного напряжения, не превышающему.1В. Выбор пределов измерения осуществляется переключателем рода работ и пределов измерения. Коэффициенты передачи входного делителя аттенюатора Аттен. и усилителя преобразователя Усил. в зависимости от предела измерения приведены в табл. 4.

 

Таблица 4

	Коэффициент передачи НИС11Т пород Ачи
Предел измерения	Входного делителя, дБ	аттенюато­ра Аттен., дБ	Усилителя Усил., дБ
1 мВ 10 мВ 100 мВ 1 В 10В 100В 1000В	–60 –60 –60	–20 –40 –20 –40	+60 +40 +40 +40 +40 +40 +40

Усилитель постоянного тока УПТ служит для согласования выходного сопротивления преобразователя напряжения с высоким входным сопротивлением АЦП.

Для измерения переменных напряжений в диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц используются преобразо­ватели единого схемного и конструктивного исполнений, отличаю­щиеся настройкой частотной характеристики преобразователя.

3.1.2. Преобразователь постоянного тока в постоянное напря­жение.

Входной ток, проходя через шунт R, подключенный к входным клеммам 1 и 0, создаст на нем падение напряжения, которое усили­вается усилителем постоянного тока УПТ и поступает на АЦП.

В зависимости от установленного предела к входным клеммам 1 и 0 подключается такой шунт, чтобы падение напряжения на нем не превышало 100 мВ.

Усилитель постоянного тока УПТ при измерении постоянного тока на всех пределах измерения имеет коэффициент усиления, рав­ный 10. В качестве шунта R используется высокоточный микропроволочный делитель.

3.1.3. Преобразователь сопротивления.в постоянное напря­жение

Предназначен для измерения сопротивлений на пределах 1, 10 Ом.

Импульсный генератор тока (Ген. тока), синхронизированный частотой питающей сети, работает на измеряемое сопротивление Rx. Падение напряжения на измеряемом.сопротивлении Rx усиливает­ся усилителем переменного тока (А1, А2) и преобразуется в посто­янное напряжение синхронным детектором Дет. и фильтром С. Постоянное выходное напряжение преобразователя, пропорцио­нальное значению измеряемого сопротивления, через усилитель постоянного тока УПТ поступает на вход АЦП. Коэффициент пере­дачи усилителя УПТ при измерении сопротивлений равен 1. Значе­нию сопротивления, равному номинальному значению предела изме­рения, соответствует постоянное напряжение, равное 1 В.

Для устранения дополнительной погрешности измерения от со­противления измерительных проводов применена четырехпроводная схема подключения измеряемого сопротивления Rx ко входу вольтметра T, R, (1, 10W).

Для измерения сопротивлений на пределах измерения 100 Ом; 1, 10, 100 кОм; 1, 10 МОм используется другой преобразователь.

Измеряемое сопротивление Rx включается в цепь параллель­ной отрицательной обратный связи усилителя УПТ, а на вход усилителя УПТ через образцовый резистор R, переключаемый в зави­симости от предела измерения, подается образцовое напряжение Е от источника опорного напряжения ИОН.

Выходное напряжение усилителя УПТ определяется выражением:

(7)

где Е – значение образцового напряжения, равное 1 В;

R – значение сопротивления образцового резистора;

R_x – значение измеряемого сопротивления.

На выходе усилителя УПТ согласно выражению (7) возникает постоянное напряжение, значение которого зависит от значения измеряемого сопротивления R_x. Значению сопротивления, равному пределу измерения, соответствует достоянное напряжение, равное 1 В.

В качестве образцовых резисторов используется высокоточный микропроволочный делитель.

3.1.4. Преобразователь температуры в постоянное напряжение

Термодатчиком является бескорпусной транзистор Т типа КТ384А, установленный в наконечник датчика температуры.

Параметром, несущим информацию о температуре датчика, является изменение значения напряжения на переходе эмиттер-база при изменений тока эмиттера между двумя фиксированными уровнями, отличными от нулевого.

Если через транзистор пропускать эмиттерный ток, изменяю­щийся с некоторой частотой между двумя уровнями I₁ и I₂ (I₁ >I₂), то измерение напряжения DU на переходе эмиттер-база будет пря­мо пропорционально температуре перехода Т_х (в градусах Кельвина).

(8)

где К – постоянная Больцмана,

q – элементарный заряд,

K₁ – коэффициент преобразования, не зависящий от темпера­туры.

Преобразователь состоит из термодатчика Т, импульсного гене­ратора тока (Ген. тока), усилителя переменного напряжения (А1, А2), синхронного детектора Дет., усилителя постоянного тока A3.

Через транзистор-датчик Т задаются два значения тока генера­тором тока. Согласно выражению (8) – напряжение на переходе Эмиттер-база DU является функцией температуры Т_х. Напряже­ние DU усиливается усилителем переменного напряжения (А1, À2) и синхронным детектором Дет. преобразовывается в постоянное напряжение, пропорциональное температуре в градусах Кельвина. Для измерения температуры в градусах Цельсия в преобразова­тель введен источник напряжения смещения (резисторы Rl, R2, R3) и усилитель постоянного тока А3.

3.1.5. Измерение постоянного напряжения

Измеряемое постоянное напряжение с входных гнезд U₌₌, R и 0 поступает на входной делитель, а затем на усилитель постоянного тока УПТ.

Каждому пределу измерения соответствует определенный коэф­фициент передачи входного делителя R, в качестве которого приме­нен высокоточный микропроволочный делитель. При правильном выборе предела измерения измеряемое напряжение, значение кото­рого может быть от 100 мкВ до 1000 В, на выходе усилителя УПТ приводится к значениям напряжения от 1 мВ до 1 В. Нормирован­ное выходное напряжение усилителя УПТ измеряется аналого-цифровым преобразователем интегрирующего типа.

АЦП состоит из двух частей: аналоговой и цифровой. Аналоговая часть предназначена:

– для преобразования измеряемого постоянного напряжения в пропорциональный ему временной интервал;

– для определения полярности измеряемого напряжения;

– для передачи в цифровую часть АЦП информации о значении и полярности измеряемого напряжения.

Цифровая часть предназначена:

– для управления работой аналоговой части;

– для получения визуального отсчета измеряемого напряжения.

Усилитель постоянного тока УПТ и аналоговая часть АЦП гальванически изолированы от корпуса и имеют изолированный источник питания. В результате этого при измерении постоянного напряжения вольтметр имеет изолированный от корпуса вход. Связь между аналоговой и цифровой частями осуществляется через импульсные трансформаторы Т1 и Т2.

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: