Призначення і принцип дії цифрового вольтметру. Привести часові діаграми. Проаналізувати похибки

Контрольна робота

«Метрологія, стандартизація, сертифікація та акредитація» (варіант№51)

 

Призначення і принцип дії цифрового вольтметру. Привести часові діаграми. Проаналізувати похибки.

 

Найбільш зручними в експлуатації приладами для вимірювання напруги є цифрові вольтметри. Вони можуть вимірювати як постійні, так і змінні напруги. Клас точності - до 0,001, діапазон - від одиниць мікровольт до декількох кіловольт. Сучасні микропроцесорні ЦВ оснащені клавиатурою і часто дозволяють проводити вимірювання не тільки напруги, але й струму, опору  тощо, тобто є багатофункціональними  вимірювальними приладами - тестерами (мультиметрами або авометрами).

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 (кодуючий пристрій) (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 ВхП, аналого-цифрового перетворювача АЦП та цифрового індикатора Ц І.

 

 

Мал.1. Узагальнена структурна схема цифрового вольтметра.

 

Цифрові вольтметри класифікують за способом перетворення безперервної величини у дискретну; структурної схеми АЦП; застосовуємими технічними засобами; способу компенсації.

За способом перетворювання розрізняють ЦВ з порозрядним кодуванням (зважуванням), з час- і частото-імпульсними перетвореннями (інтегруючі).

За способом структурної схеми АЦП ЦВ діляться на вольтметри прямого перетворення і урівноважуючого перетворення.

За застосовуємими технічними засобами ЦВ діляться на електромеханічні вольтметри та електронні вольтметри.

За способом врівноваги ЦВ діляться на вольтметри з слідкуючою та розгортаючою врівновагою.

Основні параметри ЦВ. Точність перетворення визначається похибкою квантування по рівню, характеризуємою кількістю розрядів у вихідному коді.

Похибка ЦВ має дві складові, одна з яких залежить від вимірюванної величини (мультипликативна), а інша не залежить (адитивна). Таке представлення пов'язано з дискретним принципом вимірювання безперервної величини, так як в процесі квантування виникає абсолютна похибка, обумовлена кінцевою кількістю рівнів квантування. Абсолютна похибка вимірювання напруги:

∆U=±(y_відн U_x + m знаків), або ∆U=±(y_івідн U_кз + m знаків),

де y_відн - видносна похибка вимірювання; U_x -значення вимірюванної напруги; U_кз - кінцеве значення на вибранній межі вимірювання; m знаків - значення, визначаєме одиницею молодшого розряду цифрового відлікового пристрою (адитивна похибка дискретності).

  Основна припустима відносна похибка представляється і в іншому вигляді: y_відн = ±( a + bU_кз /U_x ), де а і b - постійні числа, які характеризують клас точності приладу. Перший член похибки не залежить від показників приладу, а другий збільшується при зменьшенні U_x , по гіперболічному закону.

    В якості прикладу розглянемо схему ЦВ з час-імпульсним перетворенням та ЦВ з подвійним інтегруванням.

- ЦВ постійного струму з час-імпульсним  перетворенням (мал.2):

 

 

Мал.2. Схема ЦВ з час-імпульс перетворенням та часові діаграми напруг, які пояснюють принцип компенсації.

 

  В основу роботи ЦВ постійного струму з час-імпульсним  перетворенням положений час-імпульсний метод перетворення постійного струму в прямо пропорційний інтервал часу з подальшим

вимірюванням тривалості інтервалу.

   Похибки приладу залежать від лінійності та швидкості вимірювань компенсуючої напруги, стабільності генератора, генератора лічильних імпульсів, чутливості пристрою зрівняння, точності установки нуля або опорної напруги.

-  ЦВ з подвійним інтегруванням (мал.3):

Мал.3. Схема ЦВ з подвійним інтегруванням та часові діаграми напруг, які пояснюють принцип його роботи.

 

Принцип його роботи подібен принципу час-мпульсного перетворення, з тією різницею, що тут утворюються два часових інтервала на протязі циклу вимірювання, тривалість якого встановлюється кратній періоду поміхи. Таким чином визначається середнє значення вимірюванної напруги, а поміха подавляється. Ці вольтметри є більш точними і поміхоустойчивими в порівнянні з ЦВ з час-імпульсним та частотним перетворенням, однак час виміру у них більший.

  Метод час-імпульсного перетворення в сполученні з подвійним інтегруванням дозволяє ефективно послабити вплив поміх, виміряти напругу обох полярностей, отримати вхідний опір, рівний одиницям гігаом, та малу похибку вимірювання без представлення особливих вимог до постійності лінійно - змінюючоїся напруги.

 

Характеристика вітчизняних систем стандартів  та державна система вимірювань.

 

Загальнотехнічні та організаційно-методичні стандарти, як правило, об'єднують в комплекси (системи) стандартів для нормативного забезпечення рішень технічних і соціально-економічних задач в певній галузі діяльності. Зараз діє понад 40 таких міждержавних систем, які забезпечують організацію виробництва високоякісної продукції.

• Державна система стандартизації.

Ця система стандартизації визначає мету і принципи управління, форми та загальні організаційно-технічні правила виконання всіх видів робіт зі стандартизації. Основною метою стандартизації є:

1) реалізація єдиної технічної політики у сфері стандартизації, метрології та сертифікації;

2) захист інтересів споживачів і держави з питань безпеки продукції, процесів, послуг для життя, здоров'я та майна громадян, охорони навколишнього середовища;

3) забезпечення взаємозамінності та сумісності продукції, її уніфікації;

4) забезпечення якості продукції, виходячи з досягнень науки і техніки, потреб населення і народного господарства;

5) раціональне використання всіх видів ресурсів, підвищення техніко-економічних показників виробництва;

6) безпека народногосподарських об'єктів з урахуванням ризику виникнення природних і техногенних  катастроф та інших надзвичайних ситуацій;

7) створення нормативної бази функціонування систем стандартизації, управління якістю та сертифікації продукції, проведення державної політики у сфері ресурсозаощадження, розроблення і виконання державних і міждержавних соціально-економічних і науково-технічних програм;

8) усунення технічних та технологічних перешкод для створення конкурентноздатної продукції та її виходу на світовий ринок;

9) впровадження та використання сучасних виробничих та інформаційних технологій;

10) сприяння забезпеченню обороноздатності та мобілізаційної підготовки країни.

Стандарти державної системи стандартизації позначаються перед номером стандарту цифрою 1.

-  Єдина система конструкторської документації (ЄСКД)

Це система постійно діючих технічних і організаційних вимог, що забезпечують взаємний обмін конструкторською документацією без її переоформлення із країнами СНД, галузями промисловості і окремими підприємствами, розширення уніфікації продукції при конструкторській розробці, спрощення форми документів і скорочення їх номенклатури, а також єдність графічних зображень; механізовану і автоматизовану розробку документів і, найголовніше, готовність промисловості до організації виробництва будь-якого виробу на якому завгодно підприємстві в найкоротший термін. Стандарти системи ЄСКД позначаються перед номером стандарту цифрою 2.

- Єдина система технологічної документації (ЄСТД)

Ця система встановлює обов'язковий порядок розробки, оформлення і збереження всіх видів технологічної документації на машино- і приладобудівних підприємствах країни для виготовлення, транспортування, встановлення і ремонту виробів цих підприємств. На основі технологічної документації здійснюють планування, підготовку і організацію виробництва, встановлюють зв'язки між відділами і цехами підприємства, а також між виконавцями (конструктором, технологом, майстром, робітником).

Єдині правила розробки, оформлення і збереження технологічної документації дозволяють використовувати прогресивні способи машинної її обробки і полегшують передачу документації на інші підприємства.

Стандарти ЄСТД позначаються перед номером стандарту цифрою 3.

• Державна система забезпечення єдності вимірювань (ДСВ)

Ця система відіграє в наш час особливу роль. В сучасній промисловості затрати праці на виконання вимірювань складають в середньому 10% загальних затрат праці на всіх стадіях створення і експлуатації продукції, а в окремих галузях промисловості досягають 50-60% (електронна, радіотехнічна та інші). Ефективність цих затрат визначається достовірністю і порівнюваністю вимірювань, які можуть бути досягнуті лише в умовах добре організованого метрологічного забезпечення господарства країни.

Стандарти ДСВ позначаються перед номером стандарту цифрою 8.

• Система стандартів безпеки праці (ССБП)

Ця система встановлює єдині правила і норми, що стосуються безпеки людини в процесі праці. Введення системи в дію забезпечує значне зниження виробничого травматизму і професійних захворювань.

Стандарти ССБП позначаються перед номером стандарту цифрою 12.

• Єдина система технологічної підготовки виробництва (ЄСТПВ)

Це комплекс міждержавних стандартів і галузевих систем технологічної підготовки виробництва, при виконанні вимог яких створюються умови для скорочення строків підготовки виробництва, освоєння і випуску продукції заданої якості, забезпечення високої гнучкості виробничої структури і значної економії трудових, матеріальних і фінансових ресурсів.

Одним з найважливіших принципів, закладених в ЄСТПВ, є типізація технологічних процесів виготовлення уніфікованих об'єктів виробництва і засобів технологічного оснащення на основі їх класифікацій і групування за подібними конструктивно-технологічними ознаками, що створює основу для підвищення рівня типових технологічних процесів. Впровадження цього принципу дає можливість в кілька раз скоротити строки підготовки виробництва нових виробів і обсяг розроблюваної технологічної документації. Типові технологічні процеси базуються на використанні прогресивних вихідних заготовок, передових методів обробки деталей, стандартних засобів технологічного оснащення, прогресивних форм організації виробництва. Вони розроблюються на основі прогресивних технологічних рішень.

Стандарти ЄСТПВ позначаються перед номером стандарту цифрою 14.

- Система розробки і постановки продукції на виробництво (СРПВ)

Це система правил, що визначають порядок проведення робіт по створенню, виробництву і використанню продукції, встановлених відповідними стандартами.

Основне призначення СРПВ полягає у встановленні організаційно-технічних принципів і порядку проведення робіт по створенню продукції високої якості, запобіганню постановки на виробництво застарілої, неефективної і невідпрацьованої продукції, скороченню строків розробки і освоєння на своєчасному оновленню продукції.

Стандарти СРПВ регламентують:

1. порядок проведення науково-дослідних і експерементально-конструкторських та технологічних робіт, патентних досліджень, що включають дослідження технічного рівня і тенденцій розвитку техніки;
2. вимоги до продукції, яку належить розробити і освоїти, порядок видання, контролю і підтримання цих вимог на всіх стадіях життєвого смислу продукції та зняття її з виробництва;
3. порядок постановки продукції на виробництво ( в тому числі раніше освоєної на інших підприємствах продукції і продукції, що виготовляється за  ліцензіями зарубіжних фірм), здійснення авторського нагляду при освоєнні і виробництві продукції;
4. вимоги до зразків-еталонів товарів, правила їх узгодження і затвердження;
5. порядок зняття застарілої продукції з виробництва з урахуванням інтересів споживачів і своєчасної заміни такої продукції більш сучасною.

Стандарти системи СРПВ позначаються перед номером стандарту цифрою 15.

Міжнародні стандарти системи якості ISO 9000 i ISO 10000.

Стандарти ISO серії 9000 були розроблені технічним комітетом ISO/ТК 176 в результаті узагальнення накопиченого національного досвіду різних країн щодо розроблення, впровадження та функціонування систем якості. Вони містять опис елементів, що їх мають включати системи якості, а не порядок запровадження цих елементів тією чи іншою організацією. Вони не мають на меті спонукати до створення однакових систем якості, оскількі різні організації мають різні потреби. Побудова та впровадження систем якості повинні обов'язково враховувати конкретні цілі організації, продукцію, яка нею виготовляється, процеси, що при цьому застосовуються, а також конкретні методи праці.

За роки, що пройшли від часу опублікування, вони отримали широке визнання та розповсюдження, а більш як 50 країн прийняли їх як національні. Після розповсюдження почався процес їх широкого застосування при сертифікації систем якості. Це викликало потребу визначення правил самої процедури сертифікації, а також вимог до експертів, які здійснюють перевірку системи. З цією метою ISO/TK 176в підготував та опублікував у 1990-92рр. 2 стандарти ISO серії 10000. ISO10011 та ISO10012.