Вольтметр Д5081

 

Федеральное Агентство  по образованию

Рособразование

Химико-технологический  техникум

        Пензенской Государственной  технологической  академии 
 
 

Курсовой  проект по дисциплине

«Технические  измерения и их

Метрологическое обеспечение» на тему:

Вольтметр Д 5081 
 
 
 

Выполнил: студент группы С-901з

Балашова  Маргарита Сергеевна

Принял: преподаватель

Кострикина  Инна Анатольевна 
 
 
 

г. Пенза 2011 

Содержание: 

Задание №1

1. Определение измеряемой величины, наименование единицы измеряемой величины в системе СИ………………………………………….... 3
2. Основные метрологические и технические характеристики средства измерения.……………………………………..................................................3

 

Задание №2

2.1 Анализ методов  измерения заданной величины……..……………………..4

2.2 Принцип работы  прибора  и структурной схемы для аналоговых СИ…7 

Задание №3

3.1 Схема передачи  размера единицы по ГОСТ 8.027………………………….8

3.2 Локальная поверочная схема для  прибора………………………………...13

3.3 Метод и средства измерений (эталоны) для поверки вольтметра Д5081.14  

Задание №4

4.1 Составить  проект методики поверки вольтметра Д 5081 ………………...17

Приложение 1…………………………………………………………………….28

Приложение 2…………………………………………………………………….31

Список используемой литературы………………………………………...........32 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Задание 1

1.   Определение напряжения, наименование единицы напряжения в системе СИ.

 

Напряже́ние между  точками A и B электрической цепи или  электрического поля — отношение  работы электрического поля при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B к величине пробного заряда.

Альтернативное  определение — 

— интеграл от проекции поля эффективной (напряжённости поля ) (включающего сторонние поля) на расстояние между точками A и B вдоль  заданной траектории, идущей из точки A в точку B. В электростатическом поле значение этого интеграла не зависит от пути интегрирования и совпадает с разностью потенциалов.

Единицей измерения  напряжения в системе СИ является вольт.

Напряжение показывает, какую работу совершает суммарное  поле сторонних и кулоновских  сил при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую. 

2. Основные  метрологические  и технические  характеристики средства измерения.

 

Класс точности вольтметра Д5081 - 0,2 (лабораторный вольтметр). Вольтметр Д5081 электродинамической  системы на растяжках предназначен для точных измерений напряжения в цепях переменного и постоянного тока, а также для проверки менее точных приборов.

 Измерительный  механизм вольтметра Д5081 надежно  экранирован от воздействия внешних  магнитных полей. 

 Двухстрочная  шкала вольтметра Д5081 общей длиной 300 мм выполнена с нониусными делениями, позволяющими повысить точность отсчета. 

Таблица 1 

 

       Задание 2

2.1 Анализ методов измерений напряжения.

Электроизмерительные  приборы, предназначенные для измерения  напряжения, называются вольтметрами. Вольтметры включают параллельно участку (элементу) электрической цепи, на котором  измеряют напряжение. При этом вольтметр  должен иметь очень большое сопротивление по сравнению с сопротивлением элемента цепи, на котором измеряется напряжение. Это необходимо для уменьшения погрешности измерения и для того, чтобы не было изменения режима работы цепи. В самом деле, чем больше сопротивление вольтметра, тем меньший ток проходит через него и тем меньше расходуется в нем энергия, а следовательно, тем меньшее влияние оказывает включение прибора на режим работы цепи.

Для расширения пределов измерений вольтметров  в цепях постоянного тока с  напряжением до 1000-4500 В служат добавочные резисторы, включаемые последовательно с прибором (рис.2). В цепях переменного тока напряжением свыше 1000 В для расширения пределов измерений используют измерительные трансформаторы напряжения.

 

При включении последовательно с вольтметром добавочного резистора сопротивление последнего определяют из следующих соображений: допустим, вольтметром с сопротивлением rV, рассчитанным на номинальное напряжение Uном, необходимо измерить напряжение Uxmax, которое в n раз больше Uном. В этом случае необходимо соблюдать условие, при котором ток, проходящий через вольтметр, был бы одинаковым при обоих напряжениях, т. е.

откуда      

и фактически измеряемое напряжение

         

где UV - показание  вольтметра.

Шкалу вольтметров  в большинстве случаев градуируют с учетом добавочного сопротивления rд. При этом вольтметр может быть выполнен на несколько пределов измерения, для чего он снабжается несколькими  добавочными сопротивлениями и  соответствующим переключателем шкалы на лицевой стороне прибора.

Для измерения  напряжения в цепях постоянного  тока применяют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного  тока - электромагнитные и электродинамические  вольтметры. При измерении малых  переменных напряжений используют выпрямительные и электронные милливольтметры, причем при повышенных частотах преимущественно электронные. 

Делитель  напряжения — устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи .В качестве делителя напряжения обычно применяют регулируемые сопротивления (потенциометры). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним, а другое — верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента a нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах. Сопротивление может быть как активным, так и реактивным.

Трансформатор напряжения – устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в ток другого напряжения. Реализуется эта функция при помощи нескольких обмоток, что дает возможность создавать переменное магнитное поле. Сфера применения трансформатора напряжения чрезвычайно обширна. Подобные устройства используются в качестве комплектующих бытовой техники, технологического оборудования, используется трансформатор и в качестве локального устройства. 

Операционный  усилитель (ОУ) – усилитель электрических сигналов, изготовленный в виде интегральной микросхемы с непосредственными связями (УПТ) и предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми  сигналами при работе в цепях с ООС

По способу  включения операционные усилители  подразделяются на инвертирующие и  неинвертирующие.

В инвертирующем усилителе используется параллельная обратная связь, а в неинвертирующем  последовательная обратная связь по напряжению.

Усилитель называется инвертирующим, так как выходное напряжение  противофазно (инверсно) по отношению к входному.

ОУ выпускаются с различными характеристиками и параметрами.

Как правило, рассматривают  идеальный ОУ у которого Rвх=∞, Rвых=0, Коу=∞, Кос=∞, К=∞, Δiвх=0 , iвх=0.  

Рис. 3. Схемы  включения  ОУ 

Условные обозначения:

а - инвертирующий  усилитель;

б - неинвертирующий  усилитель. 

Рис. 3. Схемы  включения  ОУ 

2. Принцип работы  прибора  и структурной  схемы для аналоговых СИ

      В электромагнитных измерительных механизмах для создания вращающего момента  используется действие магнитного поля катушки с током на подвижный  ферромагнитный (чаще пермоллоевый) лепесток. Достоинства электромагнитных механизмов: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции. Недостатки электромагнитных механизмов: неравномерная шкала; невысокая чувствительность; большое самопотребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры. 

3.1 Схема передачи размера единицы по ГОСТ 8.027

1. Государственный первичный эталон

1.1 В  состав государственного первичного  эталона входят:

- мера  для воспроизведения единицы  напряжения: криогенные преобразователи  частоты в напряжение на основе  дефекта Джозефсона и аппаратура для синтеза частоты и времени, синтезатор и генератор СВЧ диапазона с волноводным выходом, блок фазовой автоподстройки частоты;

- аппаратура  для контроля условий измерений  и неизменности воиспроизводимого  и хранимого размеры единицы  напряжения;

- аппаратура для передачи размера единицы напряжения.

1.2 Номинальные  значения напряжения, воспроизводимых  государственным первичным эталоном, составляют 1В и 10В.

1.3 Государственный  первичный эталон воспроизводит  единицу напряжения на основе  использования значения константы Джозефсона К1 со средним квадратическим отклонением (далее СКО) результатов измерений S0, не превышающим 1*19-9 при 20 независимых измерениях. Неисключенная систематическая погрешность (НСП) не превышает 1*10-9.

1.4 Государственный  первичный эталон применяют для передачи размера единицы напряжения вторичным эталонам сличением с помощью конденсатора (компаратора напряжений или нановольтметра). СКО метода передачи размера единицы S0 составляет (0,5-5,0)*10-9.

2.1 В  качестве вторичных эталонов  используют эталон – копию и эталон сравнения.

2.2 Эталон  – копия состоит из группы  термостатированных насыщенных  нормальных элементов (далее –  НЭ) и мер напряжения на стабилитронах,  в том числе транспортируемых.