Цифровий вольтометр

 

Вольтметр вимірювальний прилад безпосереднього відліку для визначення напруги або ЕРС в електричних ланцюгах. Підключається паралельно навантаженню або джерелу електричної енергії.

Ідеальний вольтметр повинен володіти нескінченно великим внутрішнім опором. Тому чим вище внутрішній опір в реальному вольтметрі, тим менше впливу надає прилад на вимірюваний об'єкт і, отже, тим вище точність і різноманітніше область застосування.

За призначенням вольтметри поділяються на:

1. постійного струму;
2. змінного струму;
3. імпульсні;
4. фазочутливі;
5. селективні;
6. універсальні.

Серед вимірювальних приладів ЦВ займають особливе місце, так як вони дозволяють забезпечити автоматичний вибір межі та полярності вимірюванних напруг; автоматичну корекцію похибок; малі похибки виміру (0, 01 – 0, 001%) при широкому діапазоні вимірюванних напруг (від 0, 1 мкВ до 1000 В), видачу результатів виміру у цифровому вигляді, документальну реєстрацію за допомогою цифродрукуючого пристрою, ввод вимірювальної інформації в ЕОМ та складні інформаційно-вимірювальні системи. Цифровий вольтметр в порівнянні з аналоговим містить аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), пристрій цифрового відліку.

Принцип роботи ЦВ складається в перетворенні вимірювальної постійної

або повільно змінюючоїся напруги в електричний код, який відображається на табло у цифровій формі. Згідно з цим узагальнена структурна схема цифрового вольтметра складається з вхідного пристрою, АЦП та цифрового індикатора.

 

 

Для оцінки якості ЗВТ і визначення похибок результатів вимірювань використовується широка номенклатура показників, серед яких найважливіші – метрологічні характеристики ЗВТ.

Метрологічні характеристики – це характеристики ЗВТ, які нормуються для визначення результату вимірювання і його похибки.

Загальний підхід до нормування метрологічних характеристик ЗВТ полягає в тому, що встановлюються номінальні функції і номінальні значення окремих нормованих МХ, а також межі їх допустимих відхилень. Для деяких МХ встановлюються тільки межі допустимих значень.

Реальні значення нормованих МХ визначаються при проектуванні, зберігаються при виготовленні ЗВТ, підтримуються в процесі експлуатації і періодично контролюються під час повірки (калібрування).

При відхиленні хоча б однієї з нормованих МХ за межі допуску засіб вимірювальної техніки підлягає регулюванню, ремонту або бракується і виводиться з експлуатації. З цього випливає, що повірка та калібрування можуть розглядатися як контрольні організаційно-технічні заходи, спрямовані на попередження наслідків застосування несправних ЗВТ при проведенні вимірювань.

Під час первинної та періодичної повірки здійснюють зовнішній огляд, випробування ЦВ, а також визначення таких метрологічних характеристик:

1. ступінь квантування;
2. межа допустимої основної похибки.

Ступінь квантування не нормується. Вона є постійною на протязі вимірювання, наприклад, як ціна поділки.

 

 

2. 1 Вибір контрольованих точок

 

Підхід до вибору контрольованих точок має ураховувати принцип дії приладу і характер зміни похибки у межах ід діапазоні.

Для всіх видів ЦВ, крім приладів порозрядного кодування, основну похибку перевіряють при значеннях вхідного сигналу (0. 05…0. 1) XN, (0. 2…0. 3) XN, (0. 4…0. 6) XN, (0. 7…0. 8) XN, (0. 9…1. 0) XN на кожному ід діапазоні вимірювань. Для ЦВ порозрядного кодування контрольовані точки обираються згідно з вимогами технічної документації на прилад конкретного типу або за [2].

Крім того, на нижньому піддіапазоні вимірювань додатково контролюють основну похибку ЦВ при одному з показань в межах молодшого десяткового розряду.

 

 

При повірці аналогових ЗВТ співвідношення  між межами допустимих похибок робочого еталону і приладу, що повіряється, як правило, є жорстко заданим і в більшості випадків складає1/3. Але при повірці ЦВ допускається обирати співвідношення  довільно у діапазоні 0, 1…0, 5.

Теоритичні основи метрологічного забезпечення широко оперують критеріями якості повірки, які дозволяють оцінити як достовірність прийняття рішення про технічний стан ЗВТ, так і ефективність повірки в цілому. Такими критеріями є:

найбільший відносний вихід за допуск (відношення найбільшого можливого значення  характеристики похибки ЗВТ, який визнаний за результатами повірки справним, але в дійсності несправний, до межі  її допустимих значень) ;

ймовірність невиявленого браку (значення ймовірності невиявленого факту виходу похибки ЗВТ, що повіряється, за межі допуску ) ;

ймовірність фіктивного браку в середньому (відношення числа справних, але забракованих ЗВТ, до кількості усіх в дійсності справних ЗВТ).

Із аналізу фізичного смислу наведених критеріїв якості повірки випливає, що результати повірки тим достовірніші, чим меншими будуть значення , , .

Залежно від обраного співвідношення  та потрібних значень , ,  встановлюєть контрольний допуск , тобто граничне значення похибки, при якій за результатами повірки прилад ще може вважатися придатним до застосування. Значення  залежить від значення  і визначається за виразом:

 ,

де відносний контрольний допуск, при чому 0< <1.

Таким чином, за абсолютним значенням контрольний допуск завжди менший, ніж межа допустимої похибки , яка встановлена ТД на прилад конкретного типу. Очевидно, що застосування більш жорстких вимог до діапазону можливих значень похибки ЗВТ є заходом, що дозволяє забезпечити потрібне обмеження ймовірності прийняття помилкового висновку за результатами повірки.

 

 

Перевірка основної похибки ЦВ здійснюється тими ж методами, які набули застосування при повірці аналогових вольтметрів:

методом безпосереднього звіряння з ЦВ-робочим еталоном. За робочі еталони застосовуються ЦВ найвищих