Файл: Цифровой вольтметр Э47.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Псковский государственный университет»

Институт инженерных наук

Кафедра «Электроэнергетика, электропривод и систем автоматизации»

Контрольная работа

по дисциплине «Информационно-измерительная техника»

на тему «Цифровой вольтметр Э47»


Выполнил студент

группы 1433-07

Иванова Н.А.

Проверил

Псков

2022

Содержание

Введение

В настоящее время вольтметры переменного тока выполняются как с непосредственным сравнением измеряемого напряжения с известным напряжением, так и с промежуточным преобразованием переменного напряжения в напряжение постоянного тока.

Вольтметры со сравнением переменного напряжения U_x с известным напряжением постоянного тока U_k дают показания амплитудных значений U_x. В этих приборах напряжение U_k изменяется в соответствии с выбранным кодом до тех пор, пока оно не станет равным амплитудному значению U_х. Процесс сравнения может длиться несколько периодов.

В настоящее время наибольшее применение получили вольтметры с промежуточным преобразованием напряжения переменного тока в постоянное напряжение, измеряемое цифровым вольтметром постоянного тока. В этих вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное либо среднему, либо амплитудному, либо действующему значению, в зависимости от типа используемого преобразователя. Основные характеристики таких вольтметров практически определяются свойствами преобразователей. Известны преобразователи с погрешностью не более 0.01%, а также преобразователи с верхним частотным диапазоном 30 МГц, но с большей погрешностью.

Вольтметр цифровой постоянного тока часто предназначается не только для измерения собственно напряжения постоянного тока U, но и некоторых других величин, предварительно преобразованных входными устройствами в U.

В настоящее время цифровой вольтметр применяются для повышения производительности труда при автоматизации научных исследований; для повышения производительности труда в промышленности; при поверке и градуировке точных приборов; при наладке и регулировке сложной электронной аппаратуры на конвейере.

1.Основные технические характеристики вольтметров

Для оценки технических характеристик измерительных приборов принято пользоваться такими показателями:

Внутреннее сопротивление. В идеале этот показатель должен быть максимально высоким. В этом случае минимизируется влияние прибора на цепь, в которую он подключается. Другими словами, чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем точнее измерение;

Диапазон измеряемых напряжений. Большинство вольтметров являются универсальными и измеряют напряжение в диапазоне от десятков милливольт до 1000 вольт. Этих пределов вполне достаточно для большинства измерений. Однако специалисты широко используют специальные приборы, которые позволяют измерять очень маленькие значения напряжений с высокой точностью – милли и даже микровольтметры (с точностью до тысячных и миллионных частей вольта) и киловольтметры, измеряющие высокие напряжения порядка тысяч вольт. Работа с этими приборами требует наличия некоторых специальных знаний, навыков и допуска к эксплуатации электроустановок с напряжением свыше 1000 В, чтобы не вывести из строя приборы (милли- и микровольтметры) или не допустить электротравмирования и гибели обслуживающего персонала (при работе с киловольтметрами);

Точность измерения (погрешность). Этот параметр характеризует возможные отличия показаний прибора от реального напряжения в цепи;

Диапазон частот измеряемого переменного напряжения.

Классификация вольтметров:

Исходя из конструкции, сферы использования, точности измерения и другим показателям вольтметры классифицируют следующим образом.

1) По принципу действия вольтметры бывают электромеханические (чаще всего встречаются магнитоэлектрические и электромагнитные) и электронные (цифровые и аналоговые).

2) По назначению – импульсные, постоянного и переменного тока и другие.

3) По способу применения: щитовые (встроенные) и переносные.

2. Основные принципы работы цифрового вольтметра

Цифровым вольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки.

Электронные вольтметры делятся на аналоговые и дискретные. В аналоговых вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в пропорциональное значение постоянного тока, измеряемое магнитоэлектрическим микроамперметром, шкала которого градуируется в единицах напряжения (вольты, милливольты, микровольты). В дискретных вольтметрах измеряемое напряжение подвергается ряду преобразований, в результате которых аналоговая измеряемая величина преобразуется в дискретный сигнал, значение которого отображается на индикаторном устройстве в виде светящихся цифр. Аналоговые и дискретные вольтметры часто называют стрелочными и цифровыми соответственно.

Главное, что нужно усвоить – это требования техники безопасности. При измерении напряжения нужно правильно установить на приборе тип измеряемого напряжения. Если вы по ошибке установите постоянное напряжение, то подключение прибора к цепи с переменным напряжением может вывести его из строя. Как не ошибиться? Постоянное напряжение всегда указывается со знаком (+27 В или -5 В). Переменное напряжение иногда пишется с волной (220 В). Еще один немаловажный нюанс – перед проведением измерений нужно установить диапазон измерения. Т.е., если вы хотите проверить наличие напряжение +27 В, то нужно установить: постоянное напряжение, пределы измерения больше измеряемого напряжения.

---

Если величина напряжения в цепи неизвестна, то нужно установить максимально возможный предел измерения, затем постепенно его уменьшать до появления читаемых показаний. Если сделать наоборот и установленный диапазон будет меньше измеряемого напряжения, то прибор выйдет из строя вследствие перенапряжения. Соблюдайте правила техники безопасности!

Как подключить вольтметр

Вольтметр включают в цепь параллельно нагрузке и источнику напряжения, это делается для того чтобы высокое сопротивление, используемое в приборе не оказывало влияние на показания прибора. Величина тока протекающего через прибор должна быть минимальной.

 

Рис. 1. Схема подключения вольтметра в электрическую сеть.

Технические характеристики вольтметра

Нормальная работа вольтметра возможна при температуре воздуха не превышающая 25 – 30оС с относительной влажностью воздуха до 80% при атмосферном давлении 630 – 800мм рт. ст. Частота питающей сети 50 Гц и с напряжением 220В (частотой до 400 Гц). На измерение большое влияние оказывает форма кривой переменного напряжения питающей сети – синусоида с коэффициентом гармоник не более 5%.

Возможности прибора оцениваются при помощи следующих показателей:

• 
  Сопротивление прибора.
  
• 
  Диапазон измеряемых величин напряжения.
  
• 
  Класс точности измерений.
  
• 
  Предельные границы частот напряжения переменной цепи.
  

Принцип действия прибора

В основу работы вольтметра заложен метод аналогово-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. Рассмотрим работу прибора на примере В7-35. Преобразователи установленные в конструкции, измеряя величины напряжения постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление, преобразуют в нормализованное напряжение и при использовании АЦП преобразуют в цифровой код.

Функциональная схема цифрового вольтметра работает на использовании 4 преобразователей это:

• 
  Масштабирующий преобразователь.
  
• 
  Низкочастотный прибор, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный ток.
  
• 
  Преобразователь силы постоянного и переменного тока в напряжение.
  
• 
  Преобразователь сопротивления в напряжение.
  

---

 

Рис. 2.Схема цифрового вольтметра

Для цифровых вольтметров характерны:

• 
  высокая точность измерений;
  
• 
  широкий диапазон измеряемых значений напряжений;
  
• 
  индикация результатов измерений в цифровой форме;
  
• 
  возможность автоматического выбора шкал и полярности, подключения цифропечатающего устройства для механической регистрации результата, ввода информации об измеряемых величинах в ПК, применения для телеизмерений, превращения в измеритель сопротивлений или измеритель отношений двух напряжений.
  

3.Электроизмерительный прибор серии Э47

Вольтметры Э47 - аналоговые электромагнитные электроизмерительные приборы - предназначены для измерения напряжения в электрических цепях переменного тока.

Принцип действия.

Вольтметр Э47 относятся к приборам с электромагнитной системой. В составе имеют круглую катушку с помещенными внутрь подвижным и неподвижным сердечниками. Принцип действия вольтметра Э47 основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки, обтекаемой измеряемым током с подвижным ферромагнитным сердечником. При протекании измеряемого тока по неподвижной катушке действуют силы, образующие вращающий момент, который поворачивает подвижную часть - ферромагнитный сердечник относительно неподвижной, при этом угол отклонения стрелочного указателя пропорционален силе тока. То есть при протекании тока через витки катушки создается магнитное поле, намагничивающее оба сердечника, вследствие чего одноименные полюса сердечников отталкиваются и подвижный сердечник поворачивает ось со стрелкой. Для защиты от негативного влияния внешних магнитных полей катушка и сердечники защищены металлическим экраном.

Электроизмерительные приборы Э47 IEK применяются на предприятиях промышленности и электроэнергетики для комплектации энергетического оборудования (щитов, пультов, панелей управления и др.)



Рис. 3 ИЭК Вольтметр Э47 300В кл. точн. 1.5 72х72 мм
Конструкция амперметров и вольтметров Э47 представляет собой электромагнитную систему с неподвижной катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, со стрелочным указателем, жестко закрепленном на оси вращения сердечника, неравномерной шкалой (для амперметров), равномерной шкалой (для вольтметров) и нулевой отметкой на краю диапазона измерений.

---

Успокоение подвижной части прибора - воздушное.

Корректор нуля - механический.

Прибор предназначены для работы в вертикальном положении.

Прибор относятся к невосстанавливаемым, одноканальным, однофункциональным изделиям.



Рис. 4 Габаритные размеры вольтметра Э47

Особенности конструкции

Монтажные элементы: гайки, винты крепления, пластиковые фиксаторы на панель щита, входящие в комплект поставки приборов, обеспечивают легкий монтаж без применения дополнительных элементов.

Защитная прозрачная крышка на внешние присоединительные клеммы обеспечивает электробезопасность.

Прибор оснащен механическим устройством установки нуля для корректировки нулевого положения стрелки.

Корпус прибора выполнен из самозатухающего пластика.

Область применения при­бора - для работы в закрытых по­мещениях, в электрощитовом обо­рудовании, в электроустановках промышленных предприятий, жи­лых, общественных зданий и соору­жений. Прибор предназначен для использования в среде со сте­пенью загрязнения.

Технические и метро­логические характеристики

Рабочие условия приме­нения и допускаемые дополни­тельные погрешности:

- температура окружающего воздуха: +5++35°С;

- относительная влажность воздуха-до 95%;

- положение монтажной плоскости - вертикальное ±5°;

- предел допускаемой дополни­тельной погрешности приборов, вы­званной изменением положения прибора от нормального (верти­кального) положения в любом направлении на 5°: ± 1,5%;

- предел допускаемой дополни­тельной погрешности приборов, вызванной влиянием внешнего однородного постоянного магнитного поля: ± 3%;

- предел допускаемой дополни­тельной погрешности приборов, вы­званной влиянием ферромагнитной опоры: ± 1,5%.

- предел допускаемой дополни­тельной погрешности приборов, вы­званной отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной (20 ± 5) °С до любой температу­ры в диапазоне (+5+ + 35) °С: ±1,5%;

- предел допускаемой дополни­тельной погрешности приборов, вы­званной работой в условиях повы­шенной влажности 95% при темпе­ратуре + 35 °С: ± 1,5%.

Предельная температура эксплуатации от -25 до + 40 °С. Предел допускаемой дополнитель­ной погрешности приборов, вызван­ной отклонением температуры окру­жающего воздуха от нормальной (20 ± 5) °С до любой температуры в диапазоне от -25 до + 40 °С равен ± 0,8% на каждые 10 °С изменения температуры.

---

Подготовка прибора к использованию

Приборы не требуют спе­циальной подготовки к эксплуата­ции кроме внешнего осмотра, под­тверждающего отсутствие видимых повреждений корпуса и коррозии контактных выводов, загрязнения поверхности, наличия четкой мар­кировки и свидетельства о поверке в паспорте. Пригодность приборов к эксплуатации в данной сети долж­на быть установлена посредством сравнения маркировки аппарата с его параметрами, приведенными в паспорте.

4. Требования безопасности при использовании приборов

Прибор соответствуют классу защиты 0 от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0.

Запрещается эксплуата­ция приборов при повреждениях корпуса и изоляции присоединяе­мых проводников электросети.

Прибор не подлежит ре­монту эксплуатирующими органи­зациями и не требуют какого-либо обслуживания при эксплуатации.

Очистка корпуса прибора проводится с периодичностью, принятой для другого оборудования установки.

Первичная и периодическая поверка прибора осуществляется по ГОСТ 8.497, при этом основная погрешность, вариация показаний и остаточное отклонение указателя от нулевой отметки поверяемых приборов не должны превышать значений, установленных в руководстве по эксплуатации.

Периодическая поверка проводится эксплуатирующими организациями с межповерочным интервалом 2 года.

Заключение

Измерительный прибор - средство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В аналоговых измерительных приборах отсчитывание производится по шкале, в цифровых - по цифровому отсчётному устройству.

Цель изучения информационно-измерительных приборов состоит в том, чтобы студент получил необходимый минимум теоретических знаний о методах измерений, устройстве и принципе работы современных приборов и электронных устройств, используемых в современной электротехнике а так же приобрел практические знания и навыки работы с измерительной техникой.

Рассматриваемый цифровой вольтметр ИЭК Вольтметр Э47 300В кл. точн. 1.5 72х72 мм является необходимым прибором в радиоэлектронике.

Данный вольтметр наиболее прост в изготовлении, дёшев и надёжен в эксплуатации.

Область применения при­бора - для работы в закрытых по­мещениях, в электрощитовом обо­рудовании, в электроустановках промышленных предприятий, жи­лых, общественных зданий и соору­жений. Прибор предназначен для использования в среде со сте­пенью загрязнения.

---