Электронный вольтметр переменного тока действующих значений (стр. 4 из 5)

Данная погрешность устраняется с помощью подстроечного резистора R₃ и её можно не учитывать.

1.7 Расчет погрешности преобразователя импеданса

В качестве преобразователя импеданса применяется неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого зависит от частоты и определяется по формуле:

, (4.2.1)

где K_у.u – функция коэффициента усиления микросхемы ОУ;

– коэффициент ОС.

Поскольку усилитель включен по схеме повторителя напряжения, то R₁ = ∞, а R₂ = 0. Следовательно, из (4.2.1) γ = 1.

По графику зависимости коэффициента усиления ОУ от частоты определим значения коэффициента усиления на граничных частотах. K_у.u(20 Гц) = 10⁶, K_у.u(200 кГц) = 10⁴.

, (4.2.2)

,(4.2.3)

Погрешность преобразователя импеданса можно определить по формуле:

.(4.2.4)

1.8 Расчет погрешности аттенюатора

Относительная погрешность j-го звена определяется по формуле:

,(4.3.1)

где

– суммарная относительная погрешность резистора R_i;

– суммарная относительная погрешность резистора R_i+1;

δ_iр, δ_(i+1)р – относительная погрешность, возникающая в результате несовпадения расчетного и номинального значений соответственно резисторов R_iр, R_(i+1)р;

δ_iн, δ_(i+1)н – допускаемые отклонения номинальных сопротивлений резисторов R_iн, R_(i+1)н.

Абсолютные величины относительной погрешности, возникающей в результате несовпадения расчетного и номинального значений резисторов R_i и R_i+1, находятся по формулам:

, (4.3.2)

, (4.3.3)

где

– абсолютное значение погрешности сопротивления R_i;

– абсолютное значение погрешности сопротивления R_i+1;

R_iр, R_(i+1)р – расчетные значения сопротивлений резисторов R_i, R_i+1;

R_iн, R_(i+1)н – номинальные значения сопротивлений резисторов R_i, R_i+1.

Определим суммарные погрешности резисторов:

,(4.3.4)

.(4.3.6)

Определим относительные погрешности для каждого звена:

(4.3.8)

Относительная погрешность аттенюатора равна:

.(4.3.9)

1.9 Расчет погрешности ПДЗ

Для квадратичных преобразователей характерно, что коэффициент усиления транзисторов VT1 и VT2 существенно не изменяется в рабочем диапазоне частот вольтметра. Дрейф нуля операционных усилителей составляет 0.5 мкВ/град, коэффициент усиления изменяется в рабочей полосе частот на 10 %.

Для аналогового перемножителя погрешность преобразования составляет 1.0 %.

Суммарное значение погрешности ПДЗ, в котором учтены составляющие, вносимые активными интегральными компонентами, составляет 1.12 %.

1.10 Расчет погрешности усилителя

Коэффициент усиления усилителя зависит от частоты и определяется по формуле:

, (4.5.1)

где K_у.u – функция коэффициента усиления микросхемы ОУ;

;

.

По графику зависимости коэффициента усиления ОУ от частоты определим значения коэффициента усиления на граничных частотах. K_у.u(20 Гц) = 10⁶, K_у.u(200 кГц) = 10⁴.

Определим погрешность для первого каскада усилителя.

,(4.5.2)

,(4.5.3)

,(4.5.4)

,(4.5.5)

,(4.5.6)

Определим погрешность для второго каскада усилителя.

,(4.5.7)

,(4.5.8)

,(4.5.9)

,(4.5.10)

,(4.5.11)

Определим погрешность усилителя по формуле:

,(4.5.12)

Расчет основной погрешности прибора

Основная погрешность прибора вычисляется по формуле:

(4.6.1)

Полученное значение основной погрешности соответствует требованиям технического задания (не более 1.5 %).

Описание спроектированного прибора

Электронный вольтметр действующего значения переменного тока является переносным электроизмерительным прибором, предназначенным для измерения действующего значения переменного напряжения со следующими характеристиками:

1. Диапазон измерения: 1 мВ – 300 В;

2. Диапазон частот: 20 Гц – 200 кГц;

3. Входное сопротивление: не менее 2.5 МОм;

4. Входная емкость: не более 10 пФ;

5. Основная погрешность: 1.5 %.

В качестве электроизмерительного прибора в электронном вольтметре применяется микроамперметр М2027-М1 магнитоэлектрической системы со стрелочным указателем с подвижной частью на растяжках, с антипараллаксным устройством, с током полного отклонения 100 мкА и имеющий две шкалы: 0…10 и 0…31.6.

Расширение диапазонов измерения достигается за счет использования делителя, аттенюатора и электронного усилителя.

Питание вольтметра производится от сети переменного тока 220 В 50 Гц.

Вольтметр предназначен для работы при температуре окружающей среды от 10˚С до 45˚С.

Рабочее положение прибора – горизонтальное.

Ручка переключателя диапазонов измерений, выключатель сети и входное гнездо выведены на переднюю панель прибора.

Вольтметр является законченной конструкцией. Все основные блоки прибора размещены в прямоугольном металлическом корпусе.

При эксплуатации прибора необходимо соблюдать следующие требования:

1. Перед проведением измерений включить вольтметр в сеть и прогревать в течение 10 – 15 минут;

2. Перед началом измерений убедиться, что стрелка измерителя покоится на левой крайней отметке шкалы;

3. Начинать измерения рекомендуется с верхних пределов измерения, лишь затем при необходимости переходить на нижние ступени аттенюатора.

Не реже одного раза в шесть месяцев рекомендуется поверять прибор в соответствии с инструкцией 184-62 “Поверка амперметров, вольтметров, ваттметров, вариометров”.

Принципиальная схема вольтметра приведена на чертеже 4032.525018.000 Э3.

Выводы по результатам проектирования

В данном курсовом проекте был разработан электронный вольтметр переменного тока действующего значения, удовлетворяющий следующим требованиям технического задания:

1. Диапазон измерения: 1 мВ – 300 В;

2. Диапазон частот: 20 Гц – 200 кГц;

3. Входное сопротивление: не менее 2.5 МОм;

4. Входная емкость: не более 10 пФ;

5. Основная погрешность: 1.5 %.

6. Рабочий диапазон температур: 10 - 45 ˚С;

7. Напряжение питания: 220 В ± 10 %.

2 Список использованной литературы

1. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник для вузов / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. – М.: Высш. шк., 2004.

2. Аналоговые измерительные устройства: Учебное пособие / В.Г. Гусев, А.М. Мулик; Уфимск. гос. авиац. техн. у-нт. Уфа, 1996.

3. Гусев В.Г., Мулик А.В. Проектирование электронных аналоговых измерительных устройств. – Уфа, 1990 г.

4. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергоатомиздат, 1988 г.

5. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.А. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1982 г.

6. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1983 г.

7. А.И. Аксенов, А.В. Нефедов. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы. Справочное пособие. – М.: “Солон-Р”, 2000 г.