Калибровка вольтметра в домашних условиях

Калибровка мультиметра в домашних условиях

Калибровка мультиметра может потребоваться, если необходимо добиться более точных показаний. Каждый мультиметр нужно проверять хотя бы один раз в 2-3 года, потому что настройки сбиваются, и он начинает выдавать неверные данные. Учитывая, что общей методики для всех видов устройств не существует, владельцы прибегает к различным средствам.

Документация

Любой измерительный прибор имеет относительную погрешность. Обычно этот параметр фиксирован и индивидуален для каждого мультиметра. Он отражается в документации, прилагаемой к товару. Данные о погрешности обозначаются знаком процента или «плюса-минуса». Производитель указывает максимально допустимый диапазон отклонений, который получает после калибровки на заводе.

Однако перед использованием можно определить точность мультиметра самостоятельно. Часто два разных экземпляра, выпущенных одним и тем же производителем, могут иметь разные погрешности.

Для правильной оценки лучше использовать абсолютную цифру, которая приводится в конце шкалы погрешностей. Например, если нужно произвести измерения, где диапазон напряжения составляет 2 В, погрешность не должна составлять больше ±41 мВ.

Если паспортные данные мультиметра рассчитывают погрешность в процентном соотношении, например, ± 0,5% и ± 1D, то считаем. 0,5% от 2 В Получается значение 40 мВ, в этом случае единицей меньшего разряда выступает 1 мВ.

Если вы выявили, что на данном отрезке измерений мультиметр показывает отклонения, больше предусмотренных, ему требуется калибровка. Если правильно провести процедуры, показания будут точнее тех, которые указывает производитель в паспорте товара.

Варианты определения погрешности

Как откалибровать прибор – вопрос достаточно сложный, потому что единая методика, описывающая данные действия, не предусмотрена. Каждый пользователь подбирает удобный для себя метод, которых наиболее соответствует модели его мультиметра и является доступным.

Большинство мультиметров используется для измерения напряжения, прозвона электросетей, измерения сопротивления, ими проверяют транзисторы, конденсаторы, некоторые модели способны измерять температуру. Не столь важно, какой модели у вас прибор. Методика калибровки может быть единой для нескольких продуктов разных компаний.

В основном мультиметры имеют стандартную схему. Полученные показания они превращают в напряжение, которое сравнивается с образцовым значением, называемым VREF. Благодаря этому и удается получить измеряемые величины.

Для того чтобы они были максимально точными, необходимо, чтобы образцовое напряжение было приближено к идеальному. Так как величину ему в большинстве случаев задает обычный резистивный делитель, точность данных может зависеть от того, насколько свежая у прибора батарея. Если она разряжена, мультиметр будет выдавать неверные данные.

Неточность образцового напряжения сделает неверными и все остальные величины, получаемые при помощи мультиметра. Методика калибровки требует точной установки именно этого исходного параметра.

Совет. Перед тем как настраивать прибор, замените батарею или убедитесь в том, что она хорошо заряжена.

Многие мультиметры имеют подстроечные элементы для калибровки. Это переменные резисторы с дополнительным выводами. Искать их несложно, они имеют специальные обозначения на плате.

Если прибор старого образца, и плата таких обозначений не имеет, найдите примерное их месторасположение, а затем сравните со схемой мультиметра.

Калибратор или образцовое напряжение

Для калибровки может быть применен специальный прибор типа АКИП-2201. Он выдает показания с высокой точностью, и на них можно ориентироваться для подгонки своего мультиметра.

Однако стоимость такого калибратора высока, поэтому им пользуются только специализированные компании, которые занимаются калибровкой приборов и вопросами метрологии.

Более доступный вариант для калибровки в домашних условиях – применить источник образцового напряжения. С его помощью можно провести калибровку популярных мультиметров Mastech и других марок.

В качестве источника можно использовать микросхему REF5050 на 5 В или специальный контрольный источник AD584, или любой другой с высокой точностью, который удастся найти. У нее заявленная точность 0,05%. Подключив мультиметр к схеме, подстроечными элементами добиваются правильные показания прибора.

Этапы процедуры

Нужно в первую очередь сделать следующее:

настроить делитель, который и определяет исходное VREF, для этого вам потребуется потенциометр VR1;
переключите мультиметр на деление 200мВ для измерения постоянного тока;
используйте вольтметр, точность которого известна, подайте на вход нужное напряжение. Чем ближе оно к указанной точке диапазона, тем лучше: например, подойдет напряжение 190мВ;
после этого можно настраивать показания мультиметра. Если вы меняете полярность, прибор должен реагировать и выдавать соответствующий знак.

Кроме этого, проверяется работа устройства и в других диапазонах. Если он исправен, расхождений не появится. Для того чтобы проконтролировать показатели, можно произвести повторное измерение напряжения, используя 36 вывод АЦП.

В этом случае напряжение должно составить 100 мВ. Однако не стоит ожидать высокой точности прибора. Дело в том, что часто производители устанавливают однооборотные потенциометры с сопротивлением 20 кОм, в результате чего не удается получить высокоточных показаний устройства.

Резистор переменный VR2 применяется для калибровки мультиметра при работе с переменным напряжением тока. Потребуется установить мультиметр в тот же диапазон, что использовался ранее – 200 мВ, но напряжение уже следует давать переменное.

На выход подают 190 мВ, частота должна составлять 100 Гц. Оцените полученные данные и настройте показания мультиметра, стараясь приблизить их к максимально точным.

Измеритель емкости настраивается при помощи переменного резистора VR3, но для этого нужен эталонный конденсатор. Благодаря ему удается измерить коэффициент усилия. Выходное напряжение мультиметра в этом случае будет прямо пропорциональным величине емкости, подвергнутой измерению; измерять требуется, используя АЦП.

Настройка измерителя температуры

Если мультиметр имеет внутренний датчик температуры, чаще всего для этого применяют диодD13: падение напряжения будет зависеть от температуры.

Например, если ТКН р-n перехода имеет отрицательное значение, типовым параметром будет являться 2 мВ/°С. Если требуется измерить значение температуры внешней среды, применяется термопара К-типа, чаще всего она является стандартной, прилагаемой к прибору. Изготавливается она из биметаллического сплава, подключать ее требуется параллельно внутреннему датчику.

Для калибровки показателя температуры надо отталкиваться от двух точек: 0°С (для этого требуется резистор VR5) и любая температура, которая известна вам точно, используется резистор VR4.

Совет. Для того чтобы добиться от мультиметра максимальной точности, нужно выбирать максимально высокое значение температуры, которое доступно вам для измерения.

Например, проводя калибровку дома, можно использовать емкость со льдом, температуру собственного тела или кипящую воду. Однако с последней стоит проявлять осторожность, так как в зависимости от атмосферного давления температура кипения воды может меняться в значении, достаточном, чтобы прибор показывал неточные данные.

Используя температуру собственного тела, контроль вы сможете осуществить при помощи ртутного термометра.

Вывод можно сделать следующий. Методика проверки мультиметров таким способом не является универсальной, однако она наиболее удобна для настройки оборудования в домашних условиях.

Раздел 5. Калибровка

Настройка калибровки

Условия эксплуатации и техника безопасности

Соблюдать установленные антистатические процедуры.
Рабочий стенд должен иметь достаточно места для размещения тестового устройства и всего необходимого оборудования.
Для уменьшения опасности поражения электрическим током при калибровке потенциометров использовать только изолированную прямую отвертку.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ тестировать данные устройства в одиночку. Помощник должен оказать помощь при несчастном случае.

Необходимое оборудование

Для калибровки блока питания требуется следующее оборудование:

5,5 цифровой вольтметр действующих значений (ЦВ) с погрешностью ±0,05% и испытательными проводами.
Шунт тока 1 мВ/А (±0,25%) и проводами для подключения. Номинальный ток шунта и провода должен быть не менее чем на 10% превышать номинальный выходной ток блока питания. См. таблицу 2.3 «Допустимая нагрузка проводки по току»
Прямая отвертка с изоляцией.

Калибровка передней панели

Калибровка передней панели включает вольтметр, амперметр, просмотр напряжения и тока, а также установочную точку защиты от перенапряжения и функции просмотра. Все процедуры выполняются в приведенной последовательности.

Дополнительная настройка

Калибровка выполняется с использованием многооборотных потенциометров, расположенных внутри блока питания.

Отвинтить крышку, сдвинуть ее назад на 2—3 см для доступа к калибровочным потенциометрам на плате A1. На рисунке 5.1 показано расположение переменных резисторов.
Выполнить следующие процедуры калибровки.
По окончанию отключить блок питания и установить крышку.

Рисунок 5.1 Места калибровки передней панели

Калибровка вольтметра

Подсоединить ЦВ к выходным шинам как можно ближе к шасси. Полностью повернуть регулятор тока по часовой стрелке.
Увеличить выходное напряжение до максимального номинального напряжения на внешнем ЦВ. Регулировать потенциометр R50 шкалы вольтметра пока вольтметр на передней панели не покажет максимальное выходное напряжение. Убедиться, что на передней панели загорелся индикатор работы в режиме напряжения.Перевести на передней панели кнопку STANDBY в положение IN. Убедиться, что выходное напряжение упало до 0 В менее чем за 2 секунды. Убедиться, что загорелся индикатор S/D.
Перевести на передней панели кнопку STANDBY в положение IN. Убедиться, что выходное напряжение упало до 0 В менее чем за 2 секунды. Убедиться, что загорелся индикатор S/D.
Удерживая на передней панели нажатой кнопку V/I CHECK регулировать калибровочный потенциометр R53 пока вольтметр на передней панели не покажет максимальное номинальное выходное напряжение.
Нажать кнопку STANDBY для возобновления нормальной работы блока питания и сброса выхода.

Калибровка амперметра

Подсоединить ЦВ параллельно шунту выходного тока, отрицательный провод подключается к возвратной стороне шунта блока питания. Полностью повернуть регулятор напряжения по часовой стрелке.
Включить нагрузку и отрегулировать ее пока внешний ЦВ не покажет максимальное номинальное выходное напряжение.
Регулировать потенциометр R51 шкалы амперметра пока амперметр на передней панели не покажет максимальный номинальный выходной ток.
Удерживая на передней панели нажатой кнопку V/I CHECK регулировать калибровочный потенциометр R52 пока амперметр на передней панели не покажет максимальный номинальный выходной ток.
Отключить нагрузку.

Калибровка защиты от перенапряжения (OVP)

Установить выходное напряжение на максимальное номинальное.
Медленно повернуть на передней панели винт OVP против часовой стрелки пока не сработает OVP. Убедиться, что выходное напряжение упало до 0 В менее чем за 2 секунды. Убедиться, что на передней панели загорелся индикатор OVP.
Снизить выходное напряжение, дважды нажать на передней панели кнопку STANDBY для сброса выхода.
Медленно увеличивать выходное напряжение до срабатывания цепи OVP. Записать показания вольтметра в точке срабатывания.
Нажать кнопку OVP CHECK и отрегулировать потенциометр R54 так, чтобы выходное напряжение соответствовало напряжению срабатывания цепи OVP.
Повторить процедуру и убедиться, что показания OVP не отличаются более чем на 1% от напряжения срабатывания.
Повернуть винт OVP SET полностью по часовой стрелке.

Калибровка точности программирования

На заводе-изготовителе цепи программирования смещения и диапазона напряжения откалиброваны с погрешностью 1% для сигналов программирования 0—5 В.

Калибровка необходима при изменении конфигурации переключателя SW1 на использование программирования 0—10 В, либо при обратном переходе к программированию 0—5 В после калибровки для программирования 0—10 В.

Калибровка выполняется многооборотными потенциометрами, доступ к которым имеется через отверстия в крышке блока питания. На рисунке 5.2 показано расположение всех переменных резисторов.

Рисунок 5.2 Места калибровки программируемого напряжения и тока

Калибровка цепи программирования напряжения

Убедиться, что блок питания отключен. Отключить всю нагрузку.
Подсоединить источник программирования между контактом 7 (вход программирования выходного напряжения) и 6 (возврат сигнала программы/монитора) разъема J2.
Подсоединить ЦВ к выходу блока питания.
Включить блок питания.
Приложить 1% напряжения программы.
Регулировать потенциометр R72 смещения программы напряжения пока ЦВ не покажет 1% от номинального выходного напряжения.
Приложить 100% напряжения программы.
Регулировать потенциометр R96 диапазона программы напряжения пока ЦВ не покажет 100% от номинального выходного напряжения.

Повторять регулировку пока выходные уровни не будут в диапазоне технических характеристик продукта, указанных в разделе 1, либо до точности, требуемой для специфической задачи.

Калибровка цепи программирования тока

Убедиться, что блок питания отключен. Отключить всю нагрузку.
Подсоединить источник программирования между контактом 8 (вход программирования ограничителя выходного тока) и 6 (возврат сигнала программы/монитора) разъема J2.
Подсоединить шунт и ЦВ параллельно выходу блока питания. См. примечание ниже.
Включить блок питания.
Приложить 1% напряжения программы.
Регулировать потенциометр R75 смещения программы тока пока ЦВ не покажет 1% от номинального выходного тока. См. примечание ниже.
Приложить 100% напряжения программы.
Регулировать потенциометр R98 диапазона программы тока пока ЦВ не покажет 100% от номинального выходного тока. См. примечание ниже.

Повторять регулировку пока выходные уровни не будут соответствовать техническим характеристикам продукта, указанным в разделе 1, либо до точности, требуемой для специфической задачи.

Погрешность комбинация шунта и ЦВ не должна превышать 0,5%.
Вычислить требуемые показания ЦВ используя формулу I=V/R, где V — показания ЦВ и R — сопротивление шунта.

Калибровка точности обратного считывания

На заводе-изготовителе цепи монитора смещения и диапазона выходного напряжения и тока откалиброваны с погрешностью 1% для сигналов программирования 0—5 В. Повторная калибровка необходима при изменении конфигурации переключателя SW1 на использование диапазона 0—10 В, либо при обратном переходе к диапазону 0—5 В после калибровки для работы с диапазоном 0—10 В.

Калибровка выполняется многооборотными потенциометрами, доступными через отверстия в крышке блока питания. На рисунке 5.3 показано расположение всех переменных резисторов.

Рисунок 5.3 Места калибровки монитора напряжения и тока

Калибровка цепи монитора выходного напряжения

Убедиться, что блок питания отключен. Отключить всю нагрузку.
Подсоединить ЦА параллельно выходу блока питания для считывания выходного напряжения.
Подсоединить второй ЦВ к контактам 9 (монитор выходного напряжения) и 6 (возврат сигнала программы/монитора) разъема J2. См. примечания ниже.
Включить блок питания.
Установить на блоке питания выходное напряжение в размере 1% от номинального выходного напряжения.
Регулировать потенциометр R78 монитора смещения выходного напряжения пока ЦВ монитора не покажет 1% от диапазона обратного считывания. (50 мВ для обратного считывания 0—5 В, либо 100 мВ для обратного считывания 0—10 В).
Установить на блоке питания максимальное номинальное выходное напряжение.
Регулировать потенциометр R99 монитора диапазона выходного напряжения пока ЦВ монитора не покажет 100% от диапазона обратного считывания. (5 В для обратного считывания 0—5 В, либо 10 В для обратного считывания 0—10 В).

Повторять регулировку пока сигнал монитора не будут в диапазоне технических характеристик продукта, указанных в разделе 1, либо до точности, требуемой для специфической задачи.

Погрешность цифровых вольтметров должна быть в четыре раза меньше, чем требуемая точность обратного считывания.
В зависимости от задачи, можно использовать вольтметр передней панели вместо измерителя выхода блока питания.

Калибровка цепи монитора выходного тока

Убедиться, что блок питания отключен. Отключить всю нагрузку.
Подсоединить шунт и ЦВ параллельно выходу блока питания для считывания выходного тока.
Подсоединить второй ЦВ к контактам 10 (монитор выходного тока) и 6 (возврат сигнала программы/монитора) разъема J2. См. примечания ниже.
Повернуть регулятор тока полностью против часовой стрелки, включить блок питания.
Установить на блоке питания выходной ток в размере 1% от номинального. См. примечание ниже
Регулировать потенциометр R81 монитора смещения выходного тока пока ЦВ монитора не покажет 1% от диапазона обратного считывания. (50 мВ для обратного считывания 0—5 В, либо 100 мВ для обратного считывания 0—10 В).
Установить на блоке питания максимальный номинальный выходной ток.
Регулировать потенциометр R100 монитора диапазона выходного тока пока ЦВ монитора не покажет 100% от диапазона обратного считывания. (5 В для обратного считывания 0—5 В, либо 10 В для обратного считывания 0—10 В).

Повторять регулировку пока диапазон монитора не будет соответствовать техническим характеристикам продукта, указанным в разделе 1, либо до точности, требуемой для специфической задачи.

Погрешность цифрового вольтметра и комбинации шунта и ЦВ должна быть в четыре раза меньше, чем требуемая точность обратного считывания. Номинальный ток шунта и провода должен быть не менее чем на 10% превышать номинальный выходной ток блока питания.
В зависимости от задачи, можно использовать амперметр передней панели вместо комбинации шунта и ЦВ.
Вычислить требуемый выходной ток используя формулу I=V/R, где V — показания ЦВ и R — сопротивление шунта.

Калибровка вольтметра в домашних условиях

♦ В предыдущей статье: «Выпрямитель для зарядки аккумулятора « для контроля зарядного тока применяется амперметр на 5 — 8 ампер. Амперметр довольно дефицитная вещь и не всегда подберешь его на такой ток. Попробуем изготовить амперметр своими руками.
Для этого потребуется стрелочный измерительный прибор магнитно-электрической системы на любой ток полного отклонения стрелки по шкале.

Необходимо посмотреть, чтоб у него не было внутреннего шунта или добавочного сопротивления для вольтметра.
♦ Измерительный стрелочный прибор имеет внутреннее сопротивление подвижной рамки и ток полного отклонения стрелки. Стрелочный прибор может использоваться как вольтметр (добавочное сопротивление включается последовательно с прибором) и как амперметр (добавочное сопротивление включается параллельно с прибором).

♦ Схема для амперметра справа на рисунке.

Добавочное сопротивление — шунт рассчитывается по специальным формулам. Мы же изготовим его практическим путем, применив только калибровочный амперметр на ток до 5 — 8 ампер, или применив тестер, если он имеет такой предел измерения.

♦ Соберем несложную схему из зарядного выпрямителя, образцового амперметра, провода для шунта и заряжаемого аккумулятора. Смотрите рисунок.

♦ В качестве шунта можно использовать толстый провод из стали или меди. Лучше всего и проще, взять тот же провод, каким наматывалась вторичная обмотка, или чуть-чуть потолще.

Необходимо взять отрезок медного или стального провода длиной около 80 сантиметров, снять с него изоляцию. На двух концах отрезка сделать колечки для болтового крепления. Включить этот отрезок последовательно в цепь с образцовым амперметром.

Один конец от нашего стрелочного прибора припаять к концу шунта, а другим проводить по проводу шунта. Включить питание, установить регулятором или тумблерами ток заряда по контрольному амперметру — 5 ампер.
Начиная от места пайки, другим концом от стрелочного прибора проводить по проводу. Установить одинаковые показания обоих амперметров. В зависимости от сопротивления рамки вашего стрелочного прибора, разные стрелочные приборы будут иметь разную длину провода шунта, иногда до одного метра.
Это конечно не всегда удобно, но если у вас будет свободное место в корпусе, можно аккуратно разместить.

♦ Провод шунта можно смотать в спираль как на рисунке, или еще как нибудь по обстоятельствам. Витки немного растянуть, чтоб не касались друг друга или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки по всей длине шунта.
♦ Можно предварительно определить длину провода шунта, а потом вместо голого применить провод в изоляции и намотать уже в навал на заготовку.
Подбирать надо тщательно, проделывая все операции несколько раз, тем точнее будут показания вашего амперметра.
Соединительные провода от прибора необходимо обязательно припаивать непосредственно к шунту, иначе будут неправильные показания стрелки прибора.

♦ Соединительные провода могут быть любой длины, а потому шунт может быть расположен в любом месте корпуса выпрямителя.
♦ Необходимо подобрать шкалу к амперметру. Шкала у амперметра для измерения постоянного тока равномерная.

Один из вариантов шкалы смотрите на рисунке:

Тут можно сделать шкалу на 5 ампер, на 8 ампер или на полное отклонение стрелки до 10 ампер.
Могут быть другие шкалы, на другие цифры по шкале.
А можно подрисовать свои цифры.
Нужно немного пофантазировать.

Такой амперметр подойдет только для измерения постоянного или пульсирующего тока.

Поверка и калибровка широкополосных вольтметров переменного напряжения

Электронные вольтметры переменного напряжения составляют одну из самых многочисленных групп средств измерений (СИ). Диапазон частот современных широкополосных вольтметров лежит в пределах от 10 Гц до 1,5 ГГц, а пределы измерений — от единиц милливольт до сотен вольт. Характерными представителями широкополосных вольтметров являются приборы B3-43, ВЗ-49, ВЗ-52, ВЗ-62, B3-63, ВЗ-71, ВЗ-75, а также приборы нового поколения ВКЗ-78 и В7-83.

Указанные вольтметры снабжены выносными высокочастотными пробниками и используют метод преобразования переменного напряжения в постоянное по уровню амплитудного значения. При главном достоинстве — широком диапазоне частот, они обладают и недостатком, а именно, значительными погрешностями при измерении напряжений со сложным спектральным составом или гармоническими искажениями.

Поверка и калибровка широкополосных вольтметров, как правило, осуществляется по эталонам 1-го разряда, в качестве которых в настоящее время используются аттестованные диодные компенсационные вольтметры ВЗ-49 и B3-63 [1] и доаттестованные приборы ВКЗ-78 и В7-83. Вольтметры-эталоны на частотах выше 10 МГц фактически не являются прямо-показывающими приборами и требуют введения индивидуальных частотных поправок при измерениях в каждой точке. Это уже делает поверку весьма трудоемкой. Дополнительно к вольтметру, аттестованному по 1-му разряду, при поверке рабочих СИ требуются широкодиапазонные большеуровневые генераторы сигналов с высокой стабильностью выходного напряжения, малым уровнем коэффициента гармоник. Для фильтрации гармоник обычно используют наборы дополнительно включаемых полосовых фильтров. Поверка при значениях напряжений менее 100 мВ требует еще и аттестованных высокочастотных делителей напряжения. Это делает поверку и калибровку вольтметров, в широком диапазоне частот, еще более трудоемкой и малодостоверной.
Кардинальным решением вопроса повышения производительности и достоверности поверки широкополосных вольтметров является использование специализированных калибраторов напряжения. Выпускаемый серийно калибратор напряжения Н5-3 имеет ограниченный (до 50 МГц) диапазон частот. Морально устаревшая и давно снятая с производства установка В1-15 не соответствует современному уровню по точности, диапазону частот, стабильности и производительности измерений.

С учетом изложенного разработка современных широкополосных калибраторов переменного напряжения является весьма актуальной.

Разработанные калибраторы напряжения переменного тока Н5-6 (эталон 2-го разряда) и Н5-6/1 (эталон 1-го разряда) максимально унифицированы по схемноконструктивным решениям. Приборы отличаются лишь вариантами исполнения некоторых узлов, метрологическими характеристиками и некоторыми функциональными возможностями. Далее по тексту описывается калибратор Н5-6 (базовая модель), особенности исполнения калибратора Н5-6/1 отмечаются отдельно. Калибратор Н5-6 (рисунок 1) состоит из функционально и конструктивно законченного аппаратного блока и внешнего персонального компьютера (ПК). Управление аппаратным блоком осуществляется программным способом от ПК по интерфейсам RS-232 или RS-485 через встроенное устройство управления — контроллер (УУ).

Калибраторы работают в диапазоне фиксированных частот от 10 Гц до 1500 МГц и диапазоне воспроизводимых напряжений от 3 В до 1 мВ (на частоте 1500 МГц верхний предел ограничен значением 1 В).

Принцип построения калибраторов поясняется структурной схемой, приведенной на рисунке 2.

В диапазоне частот от 10 Гц до 1000 кГц формирование синусоидальных напряжений осуществляется генератором низких частот (ГНЧ). ГНЧ работает на фиксированных частотах 10 и 20 Гц; 1; 10; 100 и 1000 кГц и построен на основе RC-генератора, охваченного кольцом стабилизации выходного напряжения. В опоре кольца стабилизации напряжения ГНЧ включен цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), позволяющий дискретно с малым шагом регулировать (в пределах ±30 %) напряжение на выходе генератора. ГНЧ имеет малую нестабильность выходного напряжения и используется также в качестве опорного источника в системе формирования калиброванных значений напряжения на частотах от 10 до 1500 МГц. Для точной дискретной установки выходного напряжения ГНЧ используется образцовый делитель напряжения (ДО). ДО выполнен по схеме перемножающего ЦАПа и позволяет устанавливать выходное напряжение с шагом 100 мВ. Линейный усилитель напряжения УНЗ усиливает сигнал с выхода ДО до 3 В, работает на нагрузку 50 Ом в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц.

Формирование напряжения в диапазоне частот от 10 МГц до 1500 МГц осуществляется с помощью формирователя дискретных частот (ФДЧ) и двух линейных усилителей напряжения (УН1, УН2). ФДЧ построен с использованием набора из 7 включаемых по питанию и управляемых (перестраиваемых) по частоте напряжением автогенераторов (ГУН). С помощью ГУНов формируется требуемая сетка фиксированных несущих частот в диапазоне от 10 до 1500 МГц. Установка частоты ГУНов осуществляется по встроенному частотомеру регулируемым с помощью ЦАПа напряжением постоянного тока. Для фильтрации гармоник в сигналах ФДЧ, а также гармоник, возникающих в управляемом pin-диодном аттенюаторе (АП), используется набор коммутируемых фильтров, размещенных в узле фильтров (УФ).

Формирование сигнала с несущей частотой 1500 МГц осуществляется отдельным полосовым усилителем УН2.

Калибровка выходного напряжения калибраторов на частотах 10 МГц и выше осуществляется в реперных точках 3 В и 0,3 В (на частоте 1500 МГц в точках 1 В и 0,1 В).

На частотах от 10 Гц до 1000 кГц (кроме частоты 10 кГц), формируемых ГНЧ, опорный уровень напряжения (3,000 В) на выходе калибратора устанавливается по ДК ТП при запуске программы автокалибровки. Постоянное напряжение на выходе ДК измеряется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) УУ и, при необходимости, уровень напряжения корректируется с помощью ЦАПа ГНЧ. На частоте 10 кГц калибровка не проводится. Точность и стабильность гарантируются схемно-конструктивными решениями. Для установки напряжения на выходе калибратора в пределах от 3 В до 0,3 В используется ДО. Для установки напряжения в пределах от 0,29 В до 1 мВ используется ДО и две после-довательно-включаемых секции ДА.
На частотах 10 МГц и выше для калибровки и установки выходного напряжения в пределах первой декады (от 0,3 до 3 В) используется система стабилизации с обратной связью и двухканальным детектором.

В основе такой системы лежит использование интегральной сборки, состоящей из двух идентичных СВЧ диодов Шоттки (на рисунке 2 VD1 и VD2). Конструктивно сборка выполнена на одной подложке со специальным экраном между диодами, уменьшающим «паразитное» пролезание сигналов с диода на диод. Диод VD1 подключен к входу дискретного аттенюатора и служит для контроля высокочастотного напряжения на его входе. На идентичный диод VD2 от ГНЧ через ДО подается низкочастотное напряжение (10 кГц), которое после детектирования является опорным в системе стабилизации, состоящей из плавного аттенюатора (АП), высокочастотных усилителей (УН1 или УН2), детектора на диоде VD1, дифференциального усилителя (ДУ) и усилителя-интегратора (УИ).. При достаточно большом усилении в кольце регулирования, высокочастотное напряжение в точке «А» всегда отслеживает и стремится к значению низкочастотного напряжения в точке «В». Таким образом, если вольтамперные характеристики диодов идентичны и не зависят от частоты, а усиление в кольце регулирования большое, то точность установки высокочастотного напряжения в точке «А» будет определяться точностью установки низкочастотного напряжения в точке «В». Система стабилизации с использованием двухканального детектора позволяет уменьшить погрешность установки выходного напряжения, обусловленную нелинейностью детекторной характеристики диода VD1 и минимизировать погрешность установки выходного напряжения, обусловленную температурным дрейфом вольтам-перной характеристики диода VD1 (детектора обратной связи).

Калибровка выходного напряжения калибратора осуществляется в реперных точках 3 В и 300 мВ по контрольному детектору ТП. Первоначально, в каждом цикле калибровки, по стабильному сигналу ГНЧ с частотой 10 кГц измеряется напряжение поправки, обусловленной температурным дрейфом детектора. Постоянное напряжение на выходе детектора измеряется аналого-цифровым преобразователем АЦП УУ. Далее на вход детектора ТП 01 подается высокочастотное напряжение. Если % измеренное напряжение не укладывается в допуск с учетом поправки на дрейф детектора, то с помощью цифрового потенциометра (ПЦ) проводится подстройка напряжения на выходе калибратора до требуемого значения в реперной точке. Между циклами калибровки поддержание уровня выходного напряжения обеспечивается системой стабилизации с двухканальным детектором.

Калибровка в двух реперных точках (3 В и 0,3 В) исключает частотную погрешность входной декадной секции ДА, а также погрешность из-за изменения выходного им-пенданса калибратора (при включении входной секции ДА) и комплексного характера входного сопротивления пробников поверяемых вольтметров.

Погрешность установки выходного напряжения в пределах первой декады (от 0,3 до 3 В), обусловленная непостоянством коэффициента передачи системы стабилизации, в диапазоне частот от 10 до 1500 МГц минимизируется введением поправок, заносимых в память контроллера УУ при первоначальной регулировке прибора. Введением поправок минимизируются и погрешности секций ДА в диапазоне частот.

Нестабильность выходного напряжения калибратора на всех частотах, в первую очередь, определяется температурной нестабильностью опорного источника в ГНЧ. В калибраторе Н5-6/1 уровень выходного напряжения ГНЧ корректируется автоматически программой по встроенному датчику температуры. Это производится каждый раз при установке любого нового значения уровня выходного сигнала с панели управления прибором или при повторном наборе ранее установленного значения. В результате, в процессе самопрогрева прибора и при изменении температуры окружающей среды от 10 °С до 30 °С нестабильность выходного напряжения ГНЧ не превышает +0,02 %.

УУ решает в приборе задачи управления нижнего уровня: управление узлами по последовательным каналам, измерение напряжений и частот сигналов, хранение постоянных и перепрограммируемых данных, а также калибровочных коэффициентов конкретного экземпляра прибора, связь с компьютером по интерфейсам.

Задачи управления верхнего уровня (ввод, хранение, вывод, обработка и отображение информации, реализация алгоритмов калибровок и измерений, обработка результатов измерений и др.) выполняются ПК.

Разработанная прикладная программа работает под управлением операционных систем Windows XP/Vista/7. Управление калибратором осуществляется с панели управления (рисунок 3) на дисплее ПК с помощью «мыши» или клавиатуры.

Установка частоты выходного напряжения производится кнопками в зоне панели управления «Частота». Нажатие кнопок осуществляется щелчком «мыши» после наведения курсора на нужную кнопку. Установленная частота отмечается нажатой кнопкой и выводится на индикатор (на рисунке 3 установлена частота 10 МГц). Измерение фактического значения частоты встроенным частотомером проводится при нажатии кнопки «Измерить». На частотах 10 МГц и выше возможна подстройка, перестройка и запоминание нового (подстроенного) значения частоты. К имеющимся 9 фиксированным частотам, выведенным на панель управления, в диапазоне (10 — 1500) МГц калибраторы позволяют пользователю запрограммировать еще 4 дополнительных частоты (четыре резервные кнопки без надписей в нижнем ряду на рисунке 3). При этом, все калибруемые поправки для установленных частот автоматически вычисляются и заносятся на дополнительные частоты линейной интерполяцией с ближайшими частотами.

Установка выходного напряжения в калибраторе может осуществляться как кнопками наборного поля (зона «Установка и»), так и кнопками в зоне «Быстрая установка U».

Калибровка вольтметра в домашних условиях

♦ Схема для амперметра справа на рисунке.

Один из вариантов шкалы смотрите на рисунке:

Такой амперметр подойдет только для измерения постоянного или пульсирующего тока.