Задание 3

3.1 Дайте письменный ответ на теоретические вопросы по теме «Аналоговые электронные вольтметры»:

3.1.1 определение и расчетные формулы основных параметров электрических периодических сигналов

• среднего;

• среднеквадратичного;

• средневыпрямленного напряжения;

Параметры переменного напряжения

Как известно, электрический сигнал может быть представлен в различной форме. На рисунке 5.1.3  предложено графическое изображение сигнала прямоугольной формы. На примере данного сигнала рассмотрим основные параметры, характеризующие переменное напряжение.

Рисунок 5.1.3 Графическое изображение электрического сигнала

Форма исследуемого сигнала – это зависимость напряжения от времени u(t).

u(t) – мгновенное значение напряжения;

Umax – максимальное напряжение;

Uo – постоянная составляющая или среднее значение напряжения за период, рассчитывается по формуле

  

Um – амплитуда колебаний - максимальное отклонение мгновенного значения напряжения от среднего значения;

Uср.в. – средневыпрямленное напряжение, т.е. среднее значение выпрямленного напряжения (при двухполупериодном выпрямлении), рассчитывается по формуле

 

U – действующее напряжение - среднеквадратичное напряжение за период, рассчитывается по формуле

 

 

Т – период сигнала;

τ – длительность импульса.

Форма исследуемого сигнала характеризуется коэффициентами:

 

 

 

 

 

3.1.2 назначение аналоговых вольтметров

• пикового;

• линейного;

• квадратичного;

В зависимости от схемы детектора различают следующие типы вольтметров:

Тип детектора	Тип вольтметра	Назначение вольтметра
пиковый (амплитудный)	пиковый - ПВ	измерение максимального (пикового) напряжения
линейный	линейный - ЛВ	измерение средневыпрямленного напряжения
квадратичный	квадратичный - КВ	измерение среднеквадратичного напряжения

3.1.3 функциональная схема аналогового вольтметра, назначение элементов схемы;

На рисунке представлена обобщенная функциональная схема аналоговых вольтметров. используемых в технике связи.

Функциональная схема аналогового вольтметра

В качестве индикатора в вольтметрах, рассчитанных на диапазон напряжений мкВ÷дес.В, используется магнитоэлектрический прибор (МЭП).

Так как индикатор рассчитан на постоянный ток, для измерения напряжения переменных сигналов используется детектор (выпрямитель).

Для расширения диапазона измерения в схему вольтметра вводят калиброванный делитель напряжения КДН и усилитель.

КДН уменьшает напряжение сигнала в определенное число раз, таким образом, позволяет измерять напряжения U > Uном и расширяет верхний предел измерения.

Усилитель увеличивает напряжение сигнала в определенное число раз, т.е. позволяет измерять напряжения U < Uмин и расширяет нижний предел измерения.

Коэффициент усиления усилителя и коэффициент деления КДН должны быть постоянными и не должны зависеть от формы исследуемого сигнала, его частоты и величины напряжения.

На лицевую панель прибора выводится переключатель КДН, который градуируется с учетом коэффициентов деления и усиления в виде пределов измерения.

Вольтметр подключается к объекту измерения параллельно, чтобы уменьшить шунтирующее действие прибора на объект, его сопротивление должно быть бесконечно большим.

Входное устройство обеспечивает высокоомный вход, не менее 10 кОм. Для вольтметров среднего и высокого класса точности Rвх≥1Мом.

В качестве входного устройства используется трансформатор, первичная обмотка которого имеет большое сопротивление.

3.1.4 порядок расчета погрешности показаний вольтметра по метрологическим характеристикам.

Основные параметры пиковых вольтметров и формулы расчета параметров измеряемых напряжений представлены ниже:

Тип V	Назначение	Градуировка шкалы	Коэфф. град	Показание прибора	Расчет измеряемого напряжения
ЛВ	Изм. Uср.в.	Шкала индикатора градуируется в действующих значениях напряжения синусоидального сигнала - U	1,11
ПВ	Изм. Umax		0,707
КВ	Изм. U		1

Д ля определения допустимой погрешности измерения используют значение класса точности прибора.

или

Погрешность индикатора определяется по классу точности.

Если класс точности задан в виде допустимой приведенной погрешности, то

Если класс точности задан в виде допустимой относительной погрешности, то

Погрешность измеряемого напряжения определяется с учетом коэффициента градуировки вольтметра:

Например:

3.2 Задача.

На выходе исследуемого устройства имеет место периодическое напряжение, форма которого показана на рисунке 2.

Рассчитайте:

3.2.1 значения параметров напряжения заданной формы

• Uо - постоянная составляющая (среднее напряжение за период);

• Uср.в. – средневыпрямленное напряжение;

• U – среднеквадратическое (действующее) напряжение;

3.2.2 коэффициенты, характеризующие форму данного сигнала

• Ка - коэффициент амплитуды;

• Кф - коэффициент формы;

• Ку - коэффициент усреднения;

3.3.3 напряжения, которые должны показать

• пиковый вольтметр с закрытым входом (U_пвз);

• линейный вольтметр с открытым входом (U_лво);

• квадратичный вольтметр с открытым входом (U_кво);

3.3.4 оцените погрешность показаний всех используемых вольтметров, если измерительные приборы имеют класс точности, заданный в виде допустимой приведенной погрешности.

Данные для решения задачи приведены в таблицах 3.1 и 3.2 в соответствии с вариантом «14».

Рисунок 2 - Форма исследуемых сигналов

Таблица 3.1 – Исходные данные по вариантам

m	1
Т, мкс	80
t, мкс	-
К ласс точности К	1,5

Таблица 3.2– Исходные данные по вариантам

n	4
Рис 2	г
Uном,В	5
Um,В	27

при 0 t  T/2

u(t) при T/2  t  T.

пиковый вольтметр с закрытым входом (U_пвз);

линейный вольтметр с открытым входом (U_лво);

квадратичный вольтметр с открытым входом (U_кво);