Разработка системы поверки милливольтметра

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Техническое задание

2. Назначение

3. Принцип действия, описание принципиальной схемы и устройства прибора

4. Указания мер безопасности

5. Указания по работе

6. Указания по поверке

Список используемой литературы

Приложение 1 Внешний вид прибора

Приложение 2 Схема электрическая принципиальная

ВВЕДЕНИЕ

Измерение напряжения является основными при исследовании различных устройств и при контроле их работы. Это обусловлено тем, что для описания работы различных радиотехнических устройств используют преимущественно напряжение, а не токи, и экспериментально приходиться измерять эти напряжения. Измерение напряжений в электронных схемах отличаются от подобных измерений в электрических цепях, что объясняется специфическими особенностями электрических сигналов, используемых в электронике и радиотехнике:

· исключительно широкой областью частот - от постоянных до СВЧ (2Ггц);

· большой диапазон измеряемых значений напряжений - от долей микровольта до десятков киловольт;

· малой мощностью источника напряжений.

Измеряют напряжение в электронных и радиотехнических устройствах преимущественно электронными вольтметрами.

Классифицировать электронные вольтметры можно по различным признакам:

· по видам, т.е. по назначению - постоянного тока, переменного тока, импульсного тока, фазочувствительные, селективные, универсальные;

· по типу отсчетного устройства - аналоговые и цифровые;

· по методу измерения - прямого сравнения с мерой и нулевые (компенсационные);

· по измеряемому параметру напряжения - пиковые (амплитудные, среднеквадратического и средневыпрямленного значения;

· по частотному диапазону - НЧ, ВЧ, СВЧ и широкодиапазонные;

· по схеме входа - с открытым и закрытым входом.

При измерении напряжения постоянного тока определяют его значение. Целью измерения напряжения переменного тока является, как правило, нахождение значения какого-либо его параметра. Напряжение переменного тока характеризуют четырьмя основными параметрами: пиковым, средним, средневыпрямленных и среднеквадратическим значениями.

Пиковое значение Um (амплитудное - для синусоидальных сигналов) - наибольшее мгновенное значение напряжение за время измерения (или за период, при разнополярных, несимметричных кривых напряжения различают положительное и отрицательное пиковые значения).

Среднее значение за время измерения (или за период) это - постоянная составляющая напряжения: U0=

Средневыпрямленное значение -это среднее значение модуля напряжения : Uсрв=

Среднеквадратическое значение напряжения: U=

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Разработка системы поверки милливольтметра

1.2 Материалы научно-методических разработок кафедры ИСИТ

1.3 Назначение и цель

1.3.2 Разработка новой поверочной системы позволит усовершенствовать традиционную методику поверки

1.4. Требования к системе

1.4.1 Прибор соответствует требованиям ГОСТ. 222SI-76 и ГОСТ 9781-78

1.4.2 Прибор относится по условиям применения к группе 4 ГОСТ 22261-76; по точности измерения к классу 1,0 и 1,5 ГОСТ 9781-78

1.4.3 Расширенный функциональный диапазон при решении поверочных задач

1.4.4 Нормальные значения влияющих величин должны соответствовать стандартным параметрам по умолчанию

1.4.5 Соблюдение условий поверки и положений согласно ГОСТа 8.161-75

1.4.6 При проведении поверки должны выполнятся следующие требования:

- внешний осмотр и опробование;

- определение уровня собственных шумов;

- определение погрешности и изменения показаний в рабочих областях частот.

1.4.7 Перед проведением поверки должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

- установлен корректором указатель поверяемого прибора на отметку механического нуля;

- прибор и средства поверки установлены в рабочее положение и прогреты при номинальном напряжении питания.

1.4.8 Нормальные значения влияющих величин должны соответствовать следующим параметрам:

- температура окружающего воздуха должна быть в пределах 20±5°С;

- относительная влажность воздуха 65+15%;

- атмосферное давление 750+30 мм рт. ст.

- напряжение питающей сети 220+4,4 В

- частота питающей сети 50+0,5 Гц

- содержание гармоник в напряжении питающей сети 0+5%

1.5 Технические характеристики

Верхний предел измерения - 300В

Нижний предел измерения - 30 мкВ

Диапазон частот измеряемых прибором напряжений от 10 Гц до 1МГц

2. НАЗНАЧЕНИЕ

2.1 Милливольтметр ВЗ-33 предназначен дал измерения среднеквадратического синусоидального напряжения от 30 мВ до 300 В в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц, а при использовании с симметрирующим трансформатором (ТрС) от 30 мкВ до 3 В в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц.

Прибор может использоваться как широкополосный усилитель напряжения.

2.2 Прибор сохраняет технические характеристики в рабочем интервале температур от минус 10 до +40°С (от 263 до 313K) и отно-сительной влажности до 90% пря температуре +30°С (303K).

2.3 Прибор соответствует требованиям ГОСТ 222SI-76 и ГОСТ 9781-78.

2.4 Прибор относится по условиям применения к группе 4 ГОСТ 22261-76; по точности измерения к классу 1,0 и 1,5 ГОСТ 9781-78 на поддиапазонах показаний с верхними пределами 1-300 мВ и 0,3 мВ, 1-300B соответственно, а при использовании с симметрирующим трансформатором к классу 4,0 ГОСТ 9781-78.

3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА ПРИБОРА

3.1 Принцип действия прибора основан на усилении измеряе-мого напряжения широкополосными усилителями с последующим его де-тектированием и индикацией

Рис.1. Структурная схема

Структурная схема прибора приведена на рис.1. Измеряемое напряжение при больших уровнях подаётся на делитель " mV-V" а поступает на предварительный усилитель, нагружен-ный на делитель "0,3-300". Делители и предварительный усилитель позволяют получить деление всего диапазона измерений на заданные пределы измерения. Далее сигнал усиливается промежуточным усили-телем, поступает на вход оконечного усилителя и параллельно че-рез буферный каскад, на гнездо выхода усилителя. Оконечный усили-тель обеспечивает необходимое для нормальной работы детектора средних значений с отсчётным прибором усиление мощности сигнала.

В усилительном тракте применены местные и общие отрицательные обратные связи, обеспечивающие высокую стабильность его параметров.

Симметрирующий трансформатор (ТрС) предназначен для получения симметричного входа прибора.

3.2 Принципиальная схема прибора приведена в приложений 2

Делатель "mV- V" - резистивноемкостной (Е2...К4,С2...С4) с плавной подстройкой коэффициента деления.

Предварительный усилитель - четырёхкаокадный (Л1,Т1...ТЗ) с коэффициентом усиления К = 10. Применения в дервом каскаде нувистора (Л1) обеспечивает заданную величину входного сопротивления прибора, подбор конденсатора С20 изменяет коэффициент передачи на нижних частотах.

Делитель "0,3-300" собран из прецизионных резисторов В22...В27.

Промежуточный усилитель - трёхкаскадный (Т4...Т6) с подстройкой коэффициента усиления на верхних частотах (С22). Коэффициент усиления К=10, а на пределе 0,3 мВ К = 33 за счёт уменьшения отрицательной об-ратной связи (резистор В34 шунтируется резисторами ВЗ0, B31). Выходное напряжение усилителя при полном отклонении стрелки отсчётного прибора не менее 100 мВ.

Буферный каскад, эмиттерный повторитель (TIO), исключает влияние внешних нагрузок на усилительный тракт и усиливает сигнал по модности.

Оконечный усилитель - трёхкаскадный (Т7...Т9) с подстройкой коэф-фициента усиления на нижних и средних частотах (В44). Его схема аналогич-на промежуточному усилителю; измеряемый сигнал подаётся на базу первого транзистора и сравнивается с сигналом, поступающим на эмиттер этого же транзистора из цепи обратной связи. Разность этих сигналов усиливается последующими каскадами усилителя.

Детектор средних значений, нагружающий усилитель, выполнен по мостовой схеме и состоит из диодов Д4Д5 и резисторов B50,B5I. В его диагональ включен отсчетный прибор ИП и добавочные резис-торы В48, В49.

Отсчетный прибор - микроамперметр класса 0,5 - проградуирован в среднеквадратических значениях измеряемого напряжения. Шкала прибора линейная за счет введения в оконечный усилитель отрица-тельной обратной связи, охватывающей детектор средних значений. Напряжение обратной связи снимается с резистора В52.

Блок питания имеет три стабилизированных выпрямителя с нап-ряжениями минус 6,3В; +50В; минус 20В. Напряжение +50В дополни-тельно фильтруется RС фильтрами (R5,C8,R6,С9,C11).

3.3 Милливольтметр является переносным прибором настольно-го типа с вертикальной лицевой панелью и с отдельным конструктив-ным узлом - симметрирующим трансформатором

На лицевой панели расположены: отсчетный прибор, ин-дикатор и тумблер включения милливольтметра, переключатели поддиапазонов и пределов измерения (mV-V; 0,3-300) и входное гнездо.

Сзади прибора на скобе установлены: гнездо выхода широкопо-лосного усилителя, клемма для заземления, держатель предохраните-ля и сделан ввод шнура питания. Доступ к этим элементам обеспечивается отверстием в задней стенке кожуха.

Для удобства эксплуатации милливольтметра предусмотрена опорная скоба, которая позволяет установить прибор в положение 15° относительно горизонтальной плоскости.

Конструкция прибора - каркасная со съемным кожухом. Механической основой конструкции служит каркас, к которому крепятся лицевая панель, функциональные узлы и кожух.

Каркас состоит из двух боковых стенок, стянутых четырьмя держателями плат 082, 083 и задней установочной скобой с платой 079.

Силовой трансформатор и транзистор расположен на левой боковой стенке каркаса.

Экранированный узел с платами 080, 081, 096, переключателя-ми "0,3-300" и " mV-V " установлен в правей части лице-вой панели.

Для повышения ремонтопригодности прибора платы 080, 081, 082, 083 закреплены на поворачивающихся держателях.

4. УКАЗАНИЯ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

4.1 Входное гнездо электрически связано с корпусом милливольтметра, поэтому обращайте особое внимание на правиль-ность присоединения измерительного и потенциального выводов ка-беля прибора к электрическим цепям.

4.2 Прибором без ТрС можно измерять напряжение только тех источников, един полюс которых присоединен к нулево-му потенциалу (заземлен)

4.3 ЗАПРЕЩАЕТСЯ проводить измерения источников, у которых неизвестен заземленный потенциал»

4.4 Присоединение выводов кабеля милливольтметра при измерениях в цепях с высоким напряжением производите в обесточенном состоя-ний этих цепей

4.5 При ремонте сборочно-монтажные работы производите с отклю-ченной от сети питания вилле прибора, а при регулировании соблюдайте осторожность и не прикасайтесь к выводам тумблера СЕТЬ, силового трансформатора, держателя предохранителя и плата пита-ния (083)

4.6 При измерениях прибор заземлите

5. УКАЗАНИЯ ПО РАБОТЕ

5.1. Подготовка к работе

Установите корректором механический нуль стрелочного прибора,, а переключателями " mV-V " , 0,3-300 - поддиапазон с пределом 300 В. Подключите шнур питания к сетевой розетке, ко входному гнезду прибора - кабель К1, включите прибор. О включения свидетельствует свечение индикаторной лампы и кратковременно отклонения указателя прибора. Выдержите прибор во включением состоянии в течение 15 мин

5.2. Порядок работы

5.2.1 Присоедините выводы измерительного кабеля к объекту измерения и установите необходимый поддиапазон показаний прибора

5.2.2 При измерениях о ТрС подключите ТрС к входному гнез-ду прибора, а входные клеммы ТрС присоедините к объекту измерения и установите необходимый поддиапазон показаний

Внимание! Запрещается проводить измерения с ТрС в целях с постоянной составляющей.

5.2.3 Перед измерениями на поддиапазонах с пределами 0,3-300 мВ убедитесь в отсутствии наводок и помех методом про-ведения контрольного измерения на обесточенном объекте измерения. При наличии помех необходимо их устранить

5.2.4 Внимание! Запрещается закорачивать гнездо на выходе усилителя при включении прибора

Выходное напряжение снимается с гнезда выхода усилителя, Ко-эффициент передачи усилителя К определяется по формуле:

где Uпр- предел измерения, мВ

6. УКАЗАНИЯ ПО ПОВЕРКЕ

6.1 Прибор доверяется не реже одного раза в год и после ремонта в соответствия с ГОСТ 8.118-74 и указаниям настоящего раздела

6.2 При проведении поверки должны выполняться следующие операции:

а) вешний осмотр и опробование;

б) определение уровня собственных шумов;

в) определение погрешности и изменения показаний в рабочих областях частот.

6.3 Средства поверки должны быть ат-тестованы в установленном порядке.

6.4 Определение погрешности прибора проводится в нормальных условиях (см. табл. 1).

6.5 Перед проведением поверки должен быть выполнены следующие подготовительные работы:

а) установлен корректором указатель поверяемого прибора на отметку механического нуля;

б) прибор и средства поверки установлены в рабочее положе-ние и прогреты при номинальном напряжении питания;

Поверка средств измерений.

Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверки органами Государственной метрологической службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. Допускаются продажа и выдача на прокат только поверенных средств измерений. Перечни групп средств измерений, подлежащих поверки, утверждаются Госстандартом России.

Поверка средств измерений осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя органом государственной метрологической службы.

В сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора юридические и физические лица выпускающие средства измерений из производства или ремонта, ввозящие средства измерений и использующие их в целях эксплуатации, проката или продажи, обязаны своевременно представить средства измерений на поверку.

Порядок представления средств измерений на поверку устанавливается Госстандартом России. Положительные результаты поверки средств измерений удостоверяются поверительным клеймом или свидетельством о поверке. Форма поверительного клейма и свидетельства о поверке, порядок нанесения поверительного клейма устанавливаются Госстандартом России.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.П. Шкурин. Справочник по электроизмерительным и радиоизмерительным приборам. Военное издательство Министерства обороны СССР, 1960

2. Э.А. Пискаревский. Электрические измерения и приборы. Энергия, 1970

3. Б.П. Хромой, Ю.Г. Моисеев. Электрорадиоизмерения. Радио и связь, 1985

4. Г.М. Терешин, Т.Г. Пышкина. Электрорадиоизмерения. Энергия, 1975

5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации милливольтметра.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Внешний вид прибора

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Схема электрическая принципиальная