Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра телевидения и управления (ТУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА С ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
Отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине «Метрология»
Выполнили студенты гр. 140-4
___________ Ю.В. Калашников
___________ А.Е. Нурхан
___________ Б.Г. Намтаев
«___» _______________2022г
Проверил:
Доцент каф. УИ, к.т.н
___________ А.В. Майстренко
«___» _______________2022г
Томск 2022
Оглавление
Введение ............................................................................................................... 3
1. Описание измерительной установки и методики эксперимента ................. 4
2. Основные используемые формулы ............................................................... 5
3. Результаты работы и их анализ ..................................................................... 6
Заключение ......................................................................................................... 13
2
Введение
Целью данной работы является изучение принципа работы цифрового
вольтметра
с
время-импульсным
преобразованием,
изучение
возникновения некоторых погрешностей и методов их устранения.
3
причин
1
Описание измерительной установки и методики эксперимента
Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра изображена на
рисунке 1.1
Рисунок 1.1 – Структурная схема цифрового вольтметра
Цифровой вольтметр с время-импульсным преобразователем состоит
из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока управления (БУ),
отсчетного устройства (ОУ) и входного устройства (ВУ).
4
2
Основные используемые формулы
Относительное изменение частоты ГОЧ:
T T
f 1 2 100%
T2
(2.1)
где, T1 ,T2 – значение периода сигнала ГОЧ при положении переключателя
П3 в 1 и 2 соответственно.
Относительное погрешность измерения, обусловленная изменением
частоты ГОЧ:
Uf
U U2
1
100%
U2
(2.2)
Коэффициент наклона пилообразного напряжения ГЛИН:
A KU
K
(t2 t1 ) K t
(2.3)
где А – размах пилообразного напряжения в см,
KU – масштабный коэффициент,
K t – коэффициент развертки,
t2 t1 – длительность пилообразного напряжения.
Относительное изменение наклона пилообразного напряжения ГЛИН:
K K2
K 1
100%
K2
5
(2.4)
3
Результаты работы и их анализ
Подключаем вход осциллографа к гнезду К2 лабораторного макета и
изменением коэффициента отклонения по оси Y и длительности развертки
устанавливаем
импульсный
сигнал
блока
управления
удобным
для
наблюдения. Зарисовываем полученную осциллограмму. Последовательно,
подключаем осциллограф к гнездам К2 – К11, снимаем и зарисовываем
полученные осциллограммы в одном временном масштабе. Подаем на вход
напряжение U=+8В. Осциллограммы представлены на рисунках 3.1-3.10.
Рисунок 3.1 – Осциллограмма в точке К2
Рисунок 3.2 – Осциллограмма в точке К3
6
Рисунок 3.3 Осциллограмма в точке К4
Рисунок 3.4 – Осциллограмма в точке К5
Рисунок 3.5 – Осциллограмма в точке К6
7
Рисунок 3.6 – Осциллограмма в точке К7
Рисунок 3.7 – Осциллограмма в точке К8
Рисунок 3.8 – Осциллограмма в точке К9
Рисунок 3.9 – Осциллограмма в точке К10
8
Рисунок 3.10 – Осциллограмма в точке К11
Производим
Сравниваем
измерения
получившийся
трех
различных
двоичный
код
значений
показаниями
напряжений.
индикатора
напряжений.
В десятичном коде целое число представлено в виде
𝑛
𝑁10 = ∑
𝑘𝑖 ∗ 10𝑖−1,
𝑖=1
где n – число разрядов,
𝑘𝑖 – коэффициент, принимающий значения от 0 до 9.
В двоично-десятичном коде каждая цифра, входящая в целом числе
представляется в двоичном коде и может быть представлена в виде:
𝑛
𝑁2 = ∑
𝑘𝑖 ∗ 2𝑖−1,
𝑖=1
где 𝑘𝑖 - коэффициент, принимающий в двоичном коде значение 0
или 1.
Первый случай:
Показания индикатора вольтметра U ИЗМ -7,96В
799
7=4+2+1=0*23+1*22+1*21+1*20
9=8+1=1*23+0*22+0*21+1*20
6=4+2=0*23+1*22+1*21+0*20
Двоичный код : 0111 1001 01102
Второй случай:
Показания индикатора вольтметра U ИЗМ -8,99В
9
899
8=8=1*23+0*22+0*21+0*20
9=8+1=1*23+0*22+0*21+1*20
9=8+1=1*23+0*22+0*21+1*20
Двоичный код : 1000 1001 10012
В режиме однократного запуска снимаем отсчет по индикатору U1.
Устанавливаем переключатель П3 в положение 2 и снимаем отсчет по
индикатору U2. Вычисляем абсолютное и относительное изменение
показаний.
Повторяем измерения, изменив полярность.
Результаты
представлены в таблице 3.1.
Абсолютное и относительное изменение показаний высчитывается по
формулам:
U
f
U
U
U
;
U
0
0
%
f
2
1
f 1
U
1
Таблица 3.1 – Результаты прямых и косвенных измерений
𝑈1
∆𝑈𝑓
𝑈2
𝛿𝑈𝑓
9,20
8,55
0,65
7,06%
7,80
7,28
0,52
6,66%
Измеряем 𝑇1 и 𝑇2 с помощью осциллографа:
Т1=5,2мкс, Т2=5,5мкс
Определяем относительное изменение частоты ГОЧ
𝛿𝑓 =
Определим
изменением
угла
𝑇1 − 𝑇2
5,2 − 5,5
∗ 100% =
∗ 100% = 5,45%
𝑇2
5,5
погрешность
наклона
цифрового
ГЛИН.
вольтметра
Предварительно
обусловленную
определим
из
осциллограмм напряжения ГЛИН коэффициент наклона при различных
положениях переключателя П2.
10
Рисунок 3.11 – осциллограмма напряжения ГЛИН при положении
переключателя П2-1
Находим коэффициент наклона по формуле (2.3):
A=4; Ku=0.1; (t2-t1)=5; KT=10*10-3
𝐾1 =
4∗0.1
5∗10∗10−3
=8
Рисунок 3.12 – осциллограмма напряжения ГЛИН при положении
переключателя П2-2
Находим коэффициент наклона по формуле (2.3):
A=4; Ku=0.1; (t2-t1)=3; KT=10*10-3
𝐾2 =
4∗0.1
3∗10∗10−3
=13.33
Находим относительное изменение наклона пилообразного напряжения
ГЛИН по формуле (2.4):
𝛿𝑘 =
𝐾2 − 𝐾1
13.33 − 8
∗ 100% =
∗ 100% = 66,62%
𝐾2
8
Проводим измерения, с той лишь разницей, что изменяемым
параметром является не частота ГОЧ, а наклон напряжения ГЛИН.
Результаты представлены в таблице 3.2.
11
Таблица 3.2 – Результаты прямых и косвенных измерений
𝑈1
𝑈2
∆𝑈к
𝛿𝑈к
9,53
8,13
1,4
14,69%
8,77
7,52
1,25
14,25%
12
Заключение
В ходе проделанной работы был изучен принцип работы цифрового
вольтметра. Следует отметить удобства измерения напряжения: результат
измерения выводится в цифровой форме, тем самым устраняется ошибка,
допускаемая экспериментатором.
Также было выяснено, что при изменении частоты тактовых импульсов
изменяется точность измерений. В частности, при уменьшении частоты
погрешность
результата
измерений
увеличивается.
Это
объясняется
увеличением вероятности несовпадения тактирующих импульсов с фронтами
импульса, несущего информацию о величине сигнала.
Еще одной особенностью цифрового вольтметра является то, что при
изменении
наклона
напряжения
ГЛИН
также
изменяется
точность
измерений. В частности, при увеличении наклона напряжения ГЛИН
погрешность результата измерений увеличивается. Это объясняется опять же
увеличением вероятности не совпадения
тактирующих импульсов с
фронтами импульса, несущего информацию о величине сигнала, поскольку
информационный импульс становится короче.
13
