На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Вольтметр постоянного напряжения

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 17.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 12. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание
                                                                                    Стр.
    Введение…………………………………………………………................…4
    І Методы измерения напряжения постоянного тока………………..….5
      1 Методы непосредственной оценки…………………………………………...….…5
             1.1 Метод преобразования напряжения в угол отклонение…………..……....5
               1.2 Метод косвенного измерения постоянного напряжения…………...…..…6
            1.3 Осциллографический метод измерения постоянного напряжения …….10
            1.4 Метод преобразования напряжения в частоту……………………...…….10
          2 Метод сравнение………………………………………………………………………12
              2.1 Компенсационный  метод (нулевой)………………………………………….12
     ІІ Выбор структурной схемы……………………………………….………14
    III Уравнение преобразования………….…………………………………... 16
    IV Градуировка прибора……………………………………………………...17
    V Выбор и расчет элементов принципиальной схеме…………………...18
                  5.1. Расчет резистивного делителя……………………………………………...18
                5.2. Схема повторителя……………………………………………………………20 
                 5.3 Расчет усилителя постояного напряжения…………………………………21
                 5.4 Расчет магнитоэлектрического вольтметра……………………………..  23
     VI Расчет погрешностей……………………………………………………24
     VII Расчет блока питания …………………………………………………26
       Вывод……………………………………………………………………….28
  Список литературы………………………...………………………………..29
Приложение……………………………………………………………………30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Технические характеристики прибора 

    Диапазон  измеряемых напряжений от 300мВ до 10В
    Нормальные условия эксплуатации прибора являются:
      температура окружающего воздуха 293±5К (+20±5оС);
      Относительная влажность 65±15% при температуре воздуха 293±5К (+20±5оС);
      Атмосферное давление 106 ±4*103Н/м2 (750±30мм.рт.ст.).
    Рабочие условия эксплуатации:
      Температура окружающего воздуха от 283 до 308К (от +10 до +35оС);
      Относительная влажность воздуха до 80% при температуре 293К (+20оС);
      Атмосферное давление 106±4*103Н/м2 (750±30мм.рт.ст.);
      Питание прибора от сети переменного тока напряжения 220В±10% частотой 50Гц±1%.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Введение:
  Измерение напряжения и силы тока – наиболее распространённый вид измерений. В  различных областях науки и техники  эти измерения осуществляются в  широком диапазоне частот – от постоянного тока и инфранизких  частот (сотые доли герца) до сверхвысоких частот (1 ГГц и более) и в большом  диапазоне измеряемых значений напряжения  тока – соответственно от нановольт  до сотен киловольт и от 10 до десятков и сотен ампер (при большом  многообразии форм измеряемого напряжения и тока).
  Измерение постоянных напряжения и силы тока заключается в нахождении их значений и полярности.
  Выбор метода и средств измерения напряжения и силы тока обуславливается требуемой  точностью измерений, амплитудным  и частотным диапазоном измеряемого  сигнала, мощностью, потребляемой прибором от измерительной цепи.
  В зависимости от способа получения  результата методы измерений делятся  на прямые, при которых значение напряжения (тока) измеряется непосредственно, и косвенные, результат которых  находится по результатам прямых измерений величин, связанных с  измеряемой величиной той или  иной функциональной зависимостью.
  Для измерения напряжения (тока) применяются  следующие основные методы измерений:
     Непосредственной  оценки, при котором числовое значение измеряемой величины определяются по отчётному устройству, отградуированному  в единицах этой величины;
     Сравнения, при котором значение измеряемой величины определяется на основе сравнения  воздействия измеряемой величины на какую – либо систему с воздействием на эту же систему образцов меры. В приборах для измерения напряжения и силы тока применяются три разновидности  метода сравнения: нулевой, дифференциальный, замещения.    
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

I Методы измерения напряжения постоянного тока 

1 Методы непосредственной  оценки : 

1.1 Метод преобразование постоянного напряжения в угол отклонения.  

      Уравнение преобразование:
    Для перехода Ux>? используются электромеханические преобразователи. Для данного случая преобразователь должен реагировать непосредственно на напряжение. К таким электромеханическим преобразователям относится электростатический механизм  

            
                  Рис.1 Электростатический измерительный механизм 

    Между неподвижными пластинами 2 может перемещаться подвижная пластина 1, укрепленная на оси 3.  При подключении напряжения подвижная и неподвижная пластины получают противоположные заряды и между ними возникает электрическое поле. В результате подвижная пластина втягивается в зазор между неподвижными, создавая вращающий момент, под действием которого перемещается укрепленная на оси указательная стрелка. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 4
    Энергия электростатического поля, запасенная электростатическим измерительным  механизмом,
                                                                                                                (1)
где С – емкость между пластинами, зависящая от их взаимного расположения;
      U – напряжение, подведенное к пластинам
    Следовательно, вращающий момент
                                                                                (2)  

    Противодействующий  момент МПР=W·?  при равновесии равен  МВР. Т.о., уравнение преобразования электростатического прибора имеет вид
                                                                                               (3)
    К достоинствам приборов электростатической системы относятся широкий частотный  диапазон f = (0 ? 500) МГ, малое потребление энергии, довольно небольшая предельная погрешность измерений . Измеряемое напряжение может составлять от 10В до 500 кВ.
    Также из выражения (3) следует, что электростатические механизмы могут применяться  для измерений в цепях постоянного  и переменного тока, так как  при изменении полярности напряжения U направление отклонения подвижной части не меняется. 
 

1.2 Метод косвенного измерения постоянного напряжения, путём преобразования тока в угол отклонения.
           
     В качестве измерительного механизма (ИМ) может использоваться магнитоэлектрический, электродинамический и электромагнитный ИМ.  

1.2.1  Магнитоэлектрический ИМ.
     На  рис. 2 показана конструкция магнитоэлектрического  ИМ с подвижной катушкой. Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное равномерное радиальное магнитное поле, в котором находится подвижная прямоугольная катушка (рамка) 4, намотанная медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (или же без каркаса). Катушка закреплена
     
 

     между полуосями 5 и 6. Спиральные пружины 7 и 8 предназначены   для   создания   противодействующего момента. Одновременно они используются для подачи измеряемого тока от выходных зажимов в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой 9. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики на усиках 10.
     Уравнение преобразования можно получить, если подставить в формулу (1) выражение для вращающего момента Мвр, действующего на подвижную часть магнитоэлектрического механизма. Мвр определяется изменением энергии магнитного поля системы, состоящей из постоянного магнита и рамки с током I, при вращении подвижной части:
(2),

причем
,

где — потокосцепление магнитного поля постоянного магнита с рамкой, по которой течет ток I; В - магнитная индукция в воздушном зазоре; - число витков рамки; - ее площадь; угол поворота рамки, а отсчитывается от плоскости, проходящей через центральные образующие наконечников постоянного магнита. Поскольку радиальное поле не зависит от угла , имеем
(3)

вр
Из (1) и (3) следует
. (4)

Согласно (4) угол отклонения подвижной части пропорционален току,   протекающему   по   рамке.   Коэффициент   пропорциональности называется чувствительностью магнитоэлектрического механизма к току.
      Чувствительность  является постоянной величиной, зависящей только от конструктивных параметров механизма, а не от значения измеряемого тока , поэтому шкала магнитоэлектрического прибора равномерна. Изменение направления тока ведет к изменению направления угла отклонения рамки. 
 
 

1.2.2  Электродинамический ИМ.
      Устройство  электродинамического измерительного механизма показано на рис. 3. Внутри неподвижной катушки 1 может вращаться подвижная катушка 2. Ток к подвижной катушке подается через пружинки (на рис. 3, не указаны), которые при повороте этой катушки создают противодействующий момент. Поворот осуществляется вращающим моментом, вызванным взаимодействием магнитных полей катушек 1 и 2. Чтобы вывести уравнение преобразования, запишем выражение для электрокинетической энергии двух катушек с токами:
(1),
где и   — индуктивности неподвижной и подвижной катушек; ,   — токи в этих катушках.
     Поскольку от угла поворота подвижной катушки  а зависит только M - взаимная индуктивность катушки, то вращающий момент
 
 

1.2.3 электромагнитные измерительные механизмы:
                                              
Рис 3.
1- катушка  с током;
2- магнитопровод;
3- полюсные  наконечники;
4- подвижный  сердечник (с закреплённой на  нём стрелкой). 
 
   В электромагнитных измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате воздействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма.
        
Уравнение преобразования для  электромагнитного  преобразователя
     
  I – ток в обмотке
W - удельный противодействующий момент
L -  индуктивность катушки, зависящая от положения сердечника.
       Характеристики- класс точности 0,2 - 0,5, предел измерений 100 мкА – 100А.
       Достоинства электромагнитных приборов – простота и надежность, хорошая перегрузочная способность и одинаковая пригодность для измерений в цепях постоянного и переменного токов.
       Недостатки – большое собственное потребление энергии, невысокая точность, малая чувствительность, влияние внешних магнитных полей из-за слабого собственного магнитного поля.
     Электромеханические измерительные приборы применяют для измерения тока, напряжения, мощности, сопротивлений и других электрических величин на постоянном и переменном токах преимущественно промышленной частоты 50 Гц. 
 
 

1.3 Осциллографический метод измерения постоянного напряжения.
      Измерение напряжения происходит методом калиброванной  шкалы.
Метод основан на измерении линейных размеров изображения непосредственно по шкале экрана осциллографа. Измеряемоё напряжение будет равно Ux=k•h, где h-высота в клетках шкалы экрана, а k-коэффициент пропорциональности(цена деления клетки).
     
 
 
 
 
 
 
 
 

                        0
Характеристики  метода:
             Точность измерения напряжения  с помощью осциллографа невелика, погрешность 5-10%, это объясняется  влиянием нестабильности коэффициента  усиления УВО, ограниченной точностью  калибровки чувствительности, конечными  размерами пятна на экране, изменением  чувствительности трубки.  Предел  измерения у универсального осциллографа  со сменными блоками от 10 мкВ  до 500 В. 

  1.4  Метод преобразования напряжения в частоту 

    Структурная схема:
   

    Уравнение преобразования:             
    Рассмотрим  на примере преобразователя постоянного  напряжения в частоту на ферромагнитном сердечнике, рис.1. 


рис.4. Схема преобразователя напряжения в частоту 

    При включении Ux из-за неидентичности транзисторов Т1 и Т2 в схеме появляются токи I1 ? I2. Пусть, например, I1>I2 и магнитный поток в сердечнике увеличивается. Тогда на базе Т1 наводится отрицательный потенциал, и ток I1 еще больше увеличивается, а положительный потенциал на базе T2 уменьшает ток I2. Процесс протекает лавинообразно и приводит к полному открыванию T1 и закрыванию T2. При этом магнитный поток в сердечнике достигает насыщения (+?max), и ЭДС, наводимые в обмотках ?0, резко уменьшаются. Когда ток I1 начинает уменьшаться, а ток I2 увеличиваться, магнитный поток уменьшается, и в обмотках ?0 наводятся ЭДС обратного знака, что приводит к закрыванию T1 и открыванию T2. Магнитный поток в сердечнике растет до - ?max. Далее цикл повторяется. Значение ЕСМ выбирают близким к напряжению отсечки тока коллектора.
      В интегрирующем устройстве осуществляется преобразование напряжения Ux в частоту следования импульсов fx. Вольтметр содержит интегратор — устройство, выходное напряжение Uинт которого пропорционально интегралу по времени от входного напряжения, т. е.
                                      ,  
.
  
    Измеряемое  напряжение Ux интегрируется и подается на устройство сравнения, на другой вход которого поступает напряжение U0 с источника опорного напряжения. В момент равенства выходного напряжения интегратора Uинт и напряжения U0 устройство сравнения включает формирователь импульсов обратной связи, формирующий в течение интервала времени tос импульс амплитудой Uoc, постоянной вольт-секундной площади Uoc  toc, не зависящей от Ux..
      Цикл работы формирователя определяется  интервалом времени Tx = tинт+tос, зависящим от значения напряжения Uх.
Для процесса заряда и разряда интегратора  справедливо выражение
                       ,
где  R1C= 1; R2C= 2;
для   прямоугольной   формы   импульса   амплитудой Uo.c
                                
                                   ,
где Tx=tинт + toc=1/fx.
    Следовательно, уравнение преобразования можно  записать в виде
                       
т. е. параметры  преобразователя «напряжение—частота» не зависят от значений емкости С  и опорного напряжения U0 и определяются только отношением сопротивлений интегратора и стабильностью площади импульса обратной связи.  
 

2 Метод сравнения 

            Метод компенсации основан на  уравновешивании измеряемого напряжения  известным падением напряжения  на опорном резисторе. Индикаторный  прибор регистрирует равенство  измеряемой и компенсирующей  величин.  
 

Компенсаторы  постоянного тока.
     Измерение тока и напряжения аналоговыми приборами  непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,1%. Более точные измерения можно  выполнить методом компенсации. Приборы, основанные на компенсационном  методе, называют потенциометрами или  компенсаторами. В основном применяются  схемы компенсации напряжения или  ЭДС электрического тока  и уравновешенного  моста. При измерении напряжения наибольшее распространение получила схема компенсации напряжений. В  этой схеме измеряемое напряжение Uх уравновешивается известным напряжением компенсации Uk, противоположным ему по знаку Uk=Ip•Rk.. Падения напряжения Uk создается током Ip на изменяемом по величине образцовом резисторе Rk.
Изменения сопротивления резистора Rk  происходит до тех пор, пока Uk не будет равно Uх. Момент компенсации определяется по отсутствию тока в цепи индикатора И.

             Рис.5  Схема потенциометра постоянного  тока 
         

     Преимуществом компенсационного метода является отсутствие в момент полной компенсации тока от источника измеряемой ЭДС в  цепи компенсации. В этом случае измеряется именно значение ЭДС, а не напряжение на зажимах источника. Кроме того, отсутствие тока в цепи индикатора нуля позволяет исключить влияние  сопротивления соединительных проводов на результат измерений. Выходное сопротивление  компенсатора при этом равно бесконечности, т. е. при полной компенсации мощность от объекта измерения не потребляется.
Характеристики  метода:
      Низкоомные(с  сопротивлением декад менее 1000 Ом) потенциометры применяются для измерения напряжений от1мВ до 100 мВ, высокоомные(с сопротивлением декад более 1000 оМ) от 1 до 2.5 В. Высший класс точности достигает 0.0005. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ІІ. Выбор структурной схемы 

     Рассмотрим  метод измерения для пределов измерения в данном курсовом проекте. В данном случае пригодны следующие  методы: метод преобразования напряжения в угол отклонения с использованием электростатического, электродинамического, электромагнитного механизмов.
     Выбираем  метод преобразования постоянного  напряжения в ток, а с последующим  преобразованием  тока с помощью  магнитоэлектрического механизма  в угол отклонения. Возможная структурная  схема изображена на рисунке 6. Достоинством этого метода является простота конструкции, цена на затраты низкая  и т.д. 

    
                                   
        Рис.6. Структурная схема вольтметра постоянного тока 
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         

Принцип работы
     На  вход подаётся постоянное напряжение от 0…2В, или от 0…20В. Т.к. входное напряжение 20В, требуется поставить делитель, который снизит напряжение до 2В. Входное напряжение поступает на делитель. Далее выходное напряжение с делителя  поступает на повторитель. Напряжение с повторителя поступает на вход усилителя, у которого при входном напряжении 2В, выходное будет соответствовать 500мВ, и при максимальном значении в 500мВ, подобранный мною магнитоэлектрический механизм будет откланяться до максимальной отметки шкалы.  

 
                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        III Уравнение преобразования 

 

 где:     ВД - входной делитель
     П – повторитель (КР140УД17А)
     У – усилитель (КР140УД17А)
           МЭВ – магнита - электрический вольтметр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  IV. Градуировка прибора 

На выходе 100 делений, на входе 20В, тогда общий коэффициент
преобразования  определяется из уравнения преобразования : 
 
 
 
 

           Отградуируем шкалу для предела измерения 20В, при (В) с шагом -2В:
                     
 

Отградуируем шкалу для предела измерения 2В, при (В) с шагом -0.2В: 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

V Выбор и расчет  элементов принципиальной  схеме 
 

5.1. Расчет резистивного делителя
Дано :
=1
=10
 
Рис.7 Резистивный делитель
 
 

     Теоретически  определим необходимые номиналы резисторов для расчета данной схемы, определим коэффициенты передачи.  

    Дано:   
 
 
 

Расчет  делителя ВД :
     Дано:
     Uвых= 2В,                           
     Uвх1=20В              
        Найти :             
       Коэффициент передачи делителя = 0,1
         Коэффициент деления                    = 10 


Найдем R2 из первого уравнения коэффициента деления,
R2=0,1*Rвх=0.1*1Мом=100Ком (C2-29В-0.5-100 кОм±0.5%)
Найдем R1
Rвх=R1+R2 от сюда следует, что R1= Rвх - R2
R1=1Мом-100Ком=900Ком (C2-29В-0.5-898 кОм±0.5%) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.2 Схема повторителя
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.