На виконання курсової роботи

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ ІНФОРМАЦІЙНО – ДІАГНОСТИЧНИХ СИСТЕМ

Кафедра інформаційно – вимірювальних систем

КУРСОВА РОБОТА

на тему:

“ Універсальний вольтметр для вимірювання постійної і середньоспрямленої напруги ”

М. Київ

Київ 2012

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра інформаційно-вимірювальних систем

ЗАВДАННЯ

на виконання курсової роботи

студентки Харлан О.В.

Тема курсової роботи: “ Універсальний вольтметр для вимірювання постійної і середньо спрямленої напруги ”

Термін виконання роботи: з __.______.2011р. до __ ______.2011р.

2. Вихідні дані по роботі:

- вимірювана величина напруга, В

- діапазон вхідних напруг 100 мВ-1 В

- діапазон частот 1 кГц- 10 кГц

- вхідний опір,R_{вх > 1 МОм}

3. Етапи роботи над курсовою роботою:

- визначення теми, оформлення завдання;

- виконання курсової роботи;

- оформлення пояснювальної записки, креслень;

- захист курсової роботи;

4. Перелік обов’язкового графічного матеріалу:

- схема електрична структурна;,

- схема електрична принципова;

5. Завдання видав Куц Ю.В. ________________

(підпис керівника)

Завдання прийняв до виконання ________________

(підпис студента)

6. Курсову роботу захищено з оцінкою ___________

(підпис студента)

Зміст

I.Теоретичні відомості

1) Електронні вольтмери. Універсальні вольтметри

2) Електронні вольтметри постійної напруги

3) Вольтметри середніх випрямних значень

II. Розрахункова частина

1) Розробка і розрахунок функціональної схеми

2) Розрахунок елементів принципової схеми

III. Висновки

IV. Список літератури

Електронні вольтметри

Електронні вольтметри складають найбільш численну групу серед радіовимірювальних приладів. Ці вольтметри мають великий опір як на низьких, так і на високих частотах, високу чутливість, споживають малу потужність від вимірювального кола, придатні для вимірювання середніх випрямних, середніх квадратичних і максимальних значень змінних напруг та імпульсних сигналів тривалістю, починаючи з наносекунд.

Електронні вольтметри за родом вимірюваної напруги поділяють на види: В2 - вольтметри постійної напруги; В3 - вольтметри змінної напруги; В4 - вольтметри імпульсної напруги; В6 - селективні вольтметри; В7 - універсальні вольтметри; В8 - вимірювачі відношення напруг та їх різниці.

Універсальні вольтметри можуть вимірювати як постійний так і змінний струм.

При вимірі постійних напруг універсальним вольтметром (УВ) вхідна величина через перемикач подається на вхід перетворювача імпедансу ПІ, вхідний сигнал якого при необхідності перетворюється масштабним перетворювачем МП, навантаженням якого є магнітоелектричних мікроамперметр.

При вимірюванні змінної напруги вимірювана величина надходить на вхід ПАЗ, а постійна напруга з виходу ПАЗ вимірюється вольтметром постійного струму.

При створенні універсальних вольтметрів використовуються в основному схеми ПАЗ із закритим входом, що пояснюється незалежністю напруги на її виході від постійної складової напруги на вході.

Рис.1 - Функціональна схема універсального вольтметра
Умовні позначення:

П- перетворювач амплітудних значень;
ВП - вимірювальний перетворювач;
ПІ - перетворювач імпедансу;
МП - масштабний перетворювач;
SA - перемикач

Електронні вольтметри постійної напруги дозволяють вимірювати постійні напруги від мікровольт до 1 В, а з зовнішнім подільником напруги - до 300 В. Будова вольтметрів досить проста, вони містять подільник напруги (ПН), емітерний повторювач (ЕП), підсилювач постійного струму (ППС), магнітоелектричний мікроамперметр на 50...500 мкА та джерело живлення (ДЖ) (рис. 6.30). Часто на вході вольтметра вмикають фільтр нижніх частот (ФНЧ), який дозволяє ослаблювати змінну складову завади.

Рис. 6.30. Структурна схема електронного вольтметра постійного струму

Подільник напруги ПН, призначений для розширення межі вимірювань, повинен мати високий вхідний опір і стабільний коефіцієнт передачі. Підсилювач постійної напруги ППС є одним із найвідповідальніших елементів вольтметра. Від стабільності його коефіцієнта підсилення залежать метрологічні характеристики вольтметра. Крім того, на точність показів вольтметра істотно впливає дрейф нуля ППС, причинами якого є нестабільність напруги ДЖ, зміна параметрів транзисторів та інших елементів схеми. Тому в сучасних вольтметрах здебільшого використовують ППС, побудовані за схемою модулятор - підсилювач змінного струму П - демодулятор (рис. 6.30), дрейф нуля яких практично відсутній.

Відносна основна похибка вольтметрів залежно від рівня вимірюваної напруги знаходиться в границях ± 0,5...6 %. Складовою основної похибки є нестабільність коефіцієнтів передачі ПН і ФНЧ, коефіцієнта підсилення ППС, а також похибка магнітоелектричного мікроамперметра. Причинами додаткових похибок є зміна температури навколишнього середовища і коливання напруги живлення.

Рис. 6.32. Структурна схема універсального електронного вольтметра

Вольтметри середніх випрямних значень будуються за схемою підсилювач-перетворювач (рис. 6.33,а), яка містить вхідний пристрій (два подільники напруги і перетворювач імпедансу ПІ), підсилювач П і детектор середньовипрямних значень.

Детектор (або перетворювач) являє собою двопівперіодну схему випрямлення, охоплену глибоким негативним зворотним зв‘язком. Напруга зворотного зв‘язку знімається з резистора і подається на вхід підсилювача П. Завдяки зворотному зв‘язку виключається вплив діодів на коефіцієнт перетворення, покращуються характеристики підсилювача, зменшується нестабільність і нелінійність його амплітудної характеристики. В діагональ діодного мосту вмикається магнітоелектричний механізм (мікроамперметр), який реагує на середнє випрямне значення напруги U_сер.в, проте його шкалу градуюють не в середніх випрямних значеннях напруги, а в СКЗ напруги синусоїдної форми U, тобто на шкалу наносять позначки, що відповідають середнім випрямним значенням напруги, помноженим на коефіцієнт форми синусоїди : U = k_фU_сер.в. Тому при вимірюванні несинусоїдної напруги покази вольтметра не відповідають її дійсному СКЗ. Наприклад, при вимірюванні СКЗ напруги прямокутної форми, середнє квадратичне і середнє випрямне значення якої , вольтметр середніх випрямних значень покаже , тобто відносна похибка вимірювання +11 %.

Вхідний пристрій вольтметра складається з компенсованого подільника напруги , перетворювача імпедансу ПІ (підсилювача з безпосереднім зв‘язком) та атенюатора (рис. 6.33,б). Атенюатор разом з перемикачем S2 задає межі вимірювань 3, 10, 30, 100, 300, 1000 мВ. Компенсований подільник вмикається перемикачем S1 на межах вимірювання 3...300 В і здійснює ослаблення сигналу в 1000 разів.

Рис. 6.33. Вольтметр середньовипрямних значень:

а - структурна схема;

б - принципова схема вхідного пристрою

Розглянута структура вольтметра забезпечує вимірювання синусоїдних напруг, починаючи з одиниць мілівольт, дозволяє досить просто підвищити вхідний опір і зменшити вхідну ємність за рахунок введення схем глибокого місцевого негативного зворотного зв‘язку.

Вольтметри середніх випрямних значень, наприклад, типів В3-38, В3-39 забезпечують вимірювання СКЗ синусоїдних напруг у діапазоні частот від 20 Гц до 5...10 МГц, їх основна відносна похибка складає 2,5 % у межах вимірювання 3...1000 мВ і 4 % в інших межах вимірювання, вхідний опір не менше 4...5 МОм.

Структурна схема розроблюваного вольтметра