Выполнить операции аналогично п.п. 3.5.2-3.5.4.
Обработка результатов измерений
Совместить полученные в работе осциллограммы во временной области. Сделать выводы.
Контрольные вопросы
5.1 Назовите основные амплитудные и временные параметры импульсного сигнала.
5.2 Как произвести измерение основных параметров импульсного сигнала?
5.3 Объясните порядок подготовки к работе генератора импульсов.
6 Рекомендуемая аппаратура
6.1 Осциллограф С1-83
6.2 Генератор импульсов Г5-54 (Г5-63)
6.3 RC –цепь
6.4 Вольтметр В7-35
Литература
Овсянников Б.Г. Измерительная аппаратура стенда ЭЛУС – 2. Новоуральск, НГТИ, 2004 – 54с.
3 Лабораторная работа № 3
Освоение методики работы с приборами стенда "ЭЛУС-2" при измерении параметров синусоидального сигнала и фазового сдвига
Цель работы
Целью лабораторной работы является получение навыков работы с измерительными приборами; ознакомление с различными методами измерения фазовых сдвигов между током и напряжением.
1 Домашнее задание
1.1 Ознакомиться с техническими данными приборов стенда ЭЛУС-2.
1.2 Изучить этапы подготовки приборов, используемых в лабораторной работе.
1.3 Подготовить протокол измерений
2 Рабочее задание
2.1 Подготовить приборы к работе
2.2 Измерить с помощью ЭЛО параметры синусоидального сигнала
2.3 Измерить сдвиг фаз между двумя сигналами одной частоты
|
|
|
2.3.1 с помощью электронно-лучевого осциллографа
2.3.2 методом трех приборов
3 Порядок выполнения работы
3.1 Подготовить приборы к работе согласно описанию, изложенному в "Методических указаниях по работе с приборами стенда ЭЛУС-2".
3.2 Измерение параметров синусоидального сигнала.
3.2.1 Для измерения параметров синусоидального напряжения с помощью ЭЛО необходимо собрать схему, изображенную на рисунке 1. Произвести измерение при двух значениях напряжения. Результаты измерений занесите в таблицу 1 и сравнить показания.
Рисунок 1
Таблица 1
| Um , В | U, В | f, Гц | T,с | |
| Задано ГЗ-109 | - | - | ||
| - | - | |||
| Измерено С1-83 | ||||
| Измерено В7-35 | - | - | ||
| - | - |
3.2.2 На задающем генераторе Г3-109 необходимо:
- потенциометр " " вывести на нулевую отметку,
- переключатель "нагрузка " - установить в положение "АТТ.",
- ступенчатый аттенюатор установить в положение "5В",
- установить частоту в пределах 1000-15000 Гц (значение частоты согласовать с преподавателем).
|
|
|
3.2.3 С гнезда "ВЫХОД 1" задающего генератора подать исследуемый сигнал с гнезда "ВЫХОД 1" задающего генератора на цифровой вольтметр и гнездо " 1МW35pF" любого канала осциллографа.
3.2.4 Установить с помощью потенциометра " " выходное напряжение генератора в пределах 3-5 В, контролируя его с помощью цифрового вольтметра или по экрану ЭЛО.
3.2.5 На ЭЛО установить:
- переключатель "V/ДЕЛ" в такое положение, при котором величина изображения на экране (по вертикали) составляла 5-7 делений;
- переключатель "ВРЕМЯ/ДЕЛ" в такое положение, при котором длительность периода составляла бы (по горизонтали) менее 8-10 делений;
- установите ручкой "УРОВЕНЬ" устойчивое изображение сигнала на экране ЭЛТ;
- ручками " ↔ ", " ↨ " переместите изображение для удобства снятия значений;
- в итоге проведенных операций на экране должен быть один - два полных периода измеряемого сигнала (рисунок 2).
Рисунок 2
Измерение параметров синусоидального сигнала
3.2.5.1 Измерение амплитуды синусоидального сигнала.
Для этого необходимо:
- измерить расстояние между верхней и нижней точками сигнала, т.е. размах сигнала по вертикали;
- умножить измеренное расстояние на коэффициент развертки "V/дел" и положение переключателя "Х1, Х10" и разделить полученный результат на 2.
|
|
|
Результат измерения запишите в таблицу 1.
Пример. Размах вертикального отклонения (рисунок 2) составляет 10 делений, переключатель "V/ДЕЛ." установлен в положение "10 mV", переключатель "Х1, Х10" в положении "Х10", используется делитель 1:10.
Полный размах сигнала составляет
2Um=10дел 10 10mV 10=1 V
Амплитуда сигнала составляет
Um=1 V/2=0,5 V
3.2.5.2 Измерение периода синусоидального сигнала.
Для этого необходимо :
- измерить расстояние (в делениях) между точками, соответствующими пересечению функции с осью абсцисс (точки начала и конца периода);
- умножить измеренное расстояние на коэффициент развертки "ВРЕМЯ/ДЕЛ." и положение переключателя "Х1, Х0,2".
Примечание.
Если на экране помещается несколько периодов измеряемого сигнала, то измерение длительности периода производится тем же способом, только результат измерения делится на число периодов.
Результат измерения запишите в таблицу 1.
Пример. Измеренное расстояние между точками (рисунок 2) составляет 5 делений, переключатель "ВРЕМЯ/ДЕЛ." установлен в положение "0,2 mS", а "Х1, Х0,2" в положении "Х1".
|
|
|
Период сигнала составляет
Т=5дел 0,2mS 1 = 1 mS
3.2.5.3 Измерение частоты сигнала.
Для измерения частоты сигнала необходимо:
- измерить период Т сигнала (см. предыдущий этап);
- рассчитать частоту сигнала по формуле
,
где fc - частота, Гц,
Т - длительность периода, с.
Результат измерения запишите в таблицу 1.
Пример. Измеренная длительность периода составляет 1mS.
Вычисленная частота сигнала
, Гц.
3.3 Измерение разности фаз двух сигналов одной частоты с помощью электронно-лучевого осциллографа методом линейной развертки.
3.3.1 Собрать схему рисунок 3. Значения R,C,f должны соответствовать данным таблицы 2.
Рисунок 3
Таблица 2
| Номер бригады | R, Ом | С, мкФ | f, Гц |
| 1 | 110 | 1 | 1500 |
| 2 | 510 | 1 | 350 |
| 3 | 1500 | 1 | 150 |
| 4 | 1800 | 0,05 | 2000 |
| 5 | 910 | 0,05 | 3500 |
| 6 | 510 | 0,05 | 6500 |
| 7 | 430 | 1 | 400 |
| 8 | 3000 | 1 | 100 |
| 9 | 430 | 0,05 | 7000 |
| 10 | 3000 | 0,05 | 1100 |
3.3.2 На электронно-лучевом осциллографе:
3.3.2.1 В зависимости от типа подаваемого сигнала установите переключатели в одинаковое положение.
3.3.2.2 Установите переключатель режима работы делителя в положение "→ →“ или "….". Режим "…." используется для низкочастотных сигналов.
3.3.2.3 Установите переключатель синхронизации в положение "ВНУТР.1".
3.3.2.4 Подайте опорный сигнал с задающего генератора (точка 1) на вход канала I ЭЛО, а сравниваемый сигнал с нагрузки (точка 2) - на вход канала II.
3.3.2.5 Если сигналы противоположной полярности, то переключателем полярности " " второго канала проинвертируйте сигнал.
3.3.3 На генераторе Г3-109 (Г3-112) установите напряжение на выходе генератора 3-5 В, контролируя его по цифровому вольтметру или экрану ЭЛО.
3.3.4 На электронно-лучевом осциллографе:
3.3.4.1 Установите переключателями "V/ДЕЛ" и ручками " ↨ , ↔ " обоих каналов идентичные изображения около 6-7 делений по амплитуде.
3.3.4.2 Установите ручкой "УРОВЕНЬ" устойчивое изображение.
3.3.4.3 Установите переключатель "ВРЕМЯ/ДЕЛ" на скорость развертки, обеспечивающую один цикл сигналов на экране.
3.3.4.4 Переместите ручками " ↨ , ↔ " кривые сигналов к центру градуировочной линии.
3.3.5 Измерьте период опорного сигнала L1 (рисунок 4) в делениях шкалы.
Рисунок 4
3.3.6 Измерьте разность по горизонтали между соответствующими точками сигналов L2 в делениях шкалы.
3.3.7 Фазовый сдвиг j вычисляется по формуле
°
где L1 –период опорного сигнала
L2 – горизонтальная разность фаз
3.3.8 Зарисовать с экрана осциллографа кривые UВХ (t) и UR (t) с обязательным указанием масштаба по обеим осям.
3.4 Измерение фазовых сдвигов методом трех приборов
3.4.1 Собрать схему рисунок 5. Параметры элементов аналогичны предыдущему пункту 3.3.
Рисунок 5
3.4.2 Произвести измерение активной мощности Р (показание ваттметра), тока I (показание амперметра) и напряжения UНГ (показание вольтметра).
3.4.3 Рассчитать значение фазового сдвига по формуле
4 Обработка результатов измерений
Произвести сравнение результатов выполнения домашнего задания (теоретического расчета сдвига фаз между напряжением и током) и результатов выполнения рабочего задания. Сделать выводы. Если есть отличия, объяснить их причину возникновения.
5 Используемая аппаратура
5.1 Осциллограф С1-83
5.2 Генератор ГЗ-109
5.3 Цифровой вольтметр В7-35
6 Контрольные вопросы
6.1 Как измерить с помощью осциллографа сдвиг фаз между двумя напряжениями синусоидальной формы?
6.2 Опишите порядок подготовки осциллографа С1-83 к работе.
6.3 Опишите порядок подготовки вольтметра В7-35 к работе.
6.4 Опишите порядок подготовки генератора ГЗ-109 к работе.
6.5 Какие значения напряжений можно измерять цифровыми вольтметрами, а какие осциллографом?
Литература
Овсянников Б.Г. Измерительная аппаратура стенда ЭЛУС – 2. Новоуральск, НГТИ, 2004 – 54с.36
4 Лабораторная работа №4
Исследование принципа действия амплитудных преобразователей
Цель работы
Целью работы является овладение навыками работы с вольтметрами различных видов и исследование работы преобразователей.
1 Домашнее задание
1.1 Определить действующее напряжение U, средневыпрямленное значение напряжения UСР, коэффициенты амплитуды КА, формы КФ, амплитуды первой, второй и третьей гармоники на выходе схемы (рис.1) при входных напряжениях, формы которых приведены в таблице 1, используя сведения изложенные в приложении А.
Рис.1
1.2 Определить теоретические показания магнитоэлектрического и электромагнитного вольтметров на выходе схемы рис. 1 в режиме измерения 
и 
при гармоническом входном сигнале с амплитудой 
В. Занести результаты расчетов в таблицу 2.
Таблица 1
| № п.п. | 
| Амплитуды гармоник | U | UСР | КА | КФ |
| 1 |
|  =
|
|
|
|
|
 =
| ||||||
 =
| ||||||
| 2 |
| =
|
|
|
|
|
| =
| ||||||
| =
|
Таблица 2
|
Тип вольтметра | Теоретические показания | Результаты измерений | ||
| , В
| ,В
| , В
| ,В
| |
| Магнитоэлектрической системы | ||||
| Электромагнитной системы | ||||
1.3 Определить теоретические показания цифрового вольтметра в режиме измерения постоянного и переменного напряжений на выходах схем рис. 2а, 2б, если на их входы подать напряжение с выхода схемы рис.1. Результаты расчетов занесите в таблицу 3 (параметры сигналов те же, что и в п.1.2.).
Таблица 3
Форма входного сигнала-
| Тип схемы преобразователя. | Теоретические показания
| Результаты измерений | ||
| , В
| ,В
| , В
| ,В
| |
| Преобразователь с открытым входом | ||||
| Преобразователь с закрытым входом | ||||
а) б)
Рис.2. Схемы преобразователей с открытым (а) и закрытым (б) входами.
1.4 Повторить задание п.п. 1.2., 1.3. при импульсном входном сигнале амплитудой 
В. Результаты расчетов занести в таблицы, аналогичные таблицам 2 и 3.
2 Рабочее задание
2.1 Исследовать работу амплитудных преобразователей с открытым и закрытым входом при гармоническом и импульсном входном напряжении.
2.2 Исследовать влияние резистора R0 в преобразователях с открытым и закрытым входом (рис. 2а и 2б) на показание цифрового вольтметра в режиме измерения постоянного напряжения при гармоническом входном напряжении.
2.3 Произвести измерения напряжений магнитоэлектрическим и электромагнитным вольтметрами на выходе схемы рис. 1 в режиме измерения и при гармоническом и импульсном входных сигналах.
3 Порядок выполнения работы
3.1. Подать на вход схемы рис.2а гармонический входной сигнал амплитудой 
В. Измерить цифровым и аналоговым вольтметрами входное и выходное напряжение (частоту входного сигнала согласовать с преподавателем). Результаты занести в таблицу 3. Измерения сопровождать регистрацией качественных картин напряжений на бумаге.
Таблица 3
| Параметр | Тип преобразователя | |||
| С открытым входом | С закрытым входом | |||
| Гармонический входной сигнал f= | Импульсный входной сигнал f= | Гармонический входной сигнал f= | Импульсный входной сигнал f= | |
 ,В
| ||||
 ,В
| ||||
Отношение 
| ||||
3.2 Повторить задание п.3.1 при импульсном сигнале амплитудой 
В. Результаты занести в таблицу 3.
3.3 Соединить выход схемы рис.1 со входом схемы рис.2а. Измерить цифровым вольтметром переменное и постоянное напряжения на выходе схемы рис.2а при гармоническом входном сигнале (параметры входного сигнала аналогичные п.3.1).
Результаты занести в таблицу 4. Измерения сопровождать регистрацией качественных картин напряжений на бумаге.
Таблица 4
| Параметр | Форма входного сигнала | |||
| Гармонический входной сигнал f= | Импульсный входной сигнал f= | |||
| Тип преобразователя | Тип преобразователя | |||
| С открытым входом | С закрытым входом | С открытым входом | С закрытым входом | |
| , В
| ||||
| ,В
| ||||
3.4 Соединить выход схемы рисунка 1 со входом схемы рисунка 2б. Выполнить измерения аналогичные п. 3.3.
3.5 Исследовать влияние резистора R0 в преобразователях с открытым и закрытым входом (рисунок 2а и 2б) на показание цифрового вольтметра в режиме измерения постоянного напряжения при гармоническом входном напряжении (параметры сигнала аналогичные п.3.2). Результаты занести в таблицу 5.
Таблица 5
|
| Тип преобразователя | |
| С открытым входом | С закрытым входом | |
| Показания цифрового вольтметра | ||
| ||
| 2
| ||
| 3
| ||
| 4
| ||
| 5
| ||
| 6
| ||
| 7
| ||
3.6 Произвести измерения напряжений магнитоэлектрическим и электромагнитным вольтметрами на выходе схемы рисунка 1 в режиме измерения и при гармоническом и импульсном входных сигналах (параметры сигналов аналогичны п.п.1.2 и 1.4). Занести результаты расчетов в таблицу 2.
4 Обработка результатов измерений
4.1 По результатам измерений п.п. 3.1, 3.2 проанализировать назначение преобразователей.
4.2 Сравнить результаты измерений п.п. 3.3, 3.4 и результаты выполнения домашнего задания. Если есть отличия, то объяснить их причину.
4.3 По результатам выполнения п. 1.3, 1.4 построить зависимость 
. Объяснить, почему с уменьшением 
величина измеряемого напряжения уменьшается.
4.4 Сопоставить результаты выполнения задания п. 3.6 с расчетными данными п.1.2. Объяснить, почему имеются различия в показаниях приборов, почему имеются расхождения с теорией.
5 Контрольные вопросы
5.1 В чем отличие показаний вольтметров при использовании преобразователей с открытым и закрытым входом?
5.2 Влияет ли спектральный состав измеряемого напряжения переменного тока на показания вольтметров и как?
5.3 В чем отличие относительных и приведенных погрешностей?
6 Рекомендуемая аппаратура
6.1 Цифровой вольтметр В7-20
6.2 Измерительный генератор Г3-109 (Г3-112)
6.3 Аналоговые вольтметры магнитоэлектрической и электромагнитной системы
6.4 Осциллограф С1-49 (С1-137, С1-83)
Литература
1 Основы метрологии и электрические измерения./ Ред. Душина Е.М.-Л.: Энергоатомиздат, 1987.-480 с.
2 Теоретические основы электротехники./Ред. Ионкина П.А.- М.: Высшая школа, 1976.-217 с.
3 Баранов Б.В., Посконный Г.И. Методические указания по работе с измерительными приборами.- Новоуральск:МИФИ-2, 1988.-44 с.
5 Лабораторная работа № 5
Измерения с помощью электронных вольтметров
Цель работы
Целью работы является ознакомление с принципом действия, структурными схемами цифровых электронных вольтметров, овладение методикой измерений с помощью вольтметров.
1 Домашнее задание
1.1 Ознакомиться со структурной схемой цифровых электронных вольтметров. Знать принцип работы функциональных узлов цифровых электронных вольтметров.
1.2 Определить среднеквадратическое U, средневыпрямленное UСР.В. и среднее U0 значения и коэффициенты амплитуды КА и формы КФ для сигналов, представленных в таблице 1, используя приложение А.
Частота периодических сигналов 1 кГц.
Таблица 1
Um = 5 В
| № | Сигнал u(t) | Значение | U | UСР.В. | U0 | КА | КФ |
| 1 |
| Теоретическое | |||||
| Экспериментальное | |||||||
| 2 |
| Теоретическое | |||||
| Экспериментальное | |||||||
| 3 |
| Теоретическое | |||||
| Экспериментальное | |||||||
| 4 |
| Теоретическое | |||||
| Экспериментальное | |||||||
| 5 |
| Теоретическое | |||||
| Экспериментальное | |||||||
| 6 |
| Теоретическое | |||||
| Экспериментальное |
2 Рабочее задание
2.1 Ознакомиться с техническими характеристиками и органами управления вольтметра В7-35.
2.2 Используя генератор специальной формы Г6-27 и формирующие цепочки (одно- и двухполупериодный выпрямители), установить сигналы в соответствии с таблицей 1. Зарисовать их с учетом масштаба, измерить параметры сигналов. На основании экспериментальных данных заполнить таблицу 1 графа – экспериментальные значения.
рис.1 Схема однополупериодного выпрямления
рис.2 Схема двухполупериодного выпрямления
3 Порядок выполнения работы
Для выполнения п. 2.1 рабочего задания необходимо:
- для получения сигнала типа 2 необходимо воспользоваться схемой однополупериодного выпрямления (рисунок 1). Для измерения значения сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя соберите схему, изображенную на рисунке 3. При этом с помощью осциллографа нужно установить максимальное значение напряжения Um = 5 В
- для получения сигнала типа 3 необходимо воспользоваться схемой двухполупериодного (рисунок 2) выпрямления. Для измерения значения сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя соберите схему рисунка 4. При этом с помощью осциллографа нужно установить максимальное значение напряжения Um = 5 В.
- при измерении постоянной составляющей U0 сигналов типа 1-6 вольтметр В7-35 переключить в режим измерения постоянного напряжения.
- при измерении средневыпрямленного значения U СР.В. сигналы типа 1, 4, 5 подают на двухполупериодный (рисунок 2) выпрямитель, а вольтметр В7-35 переключают в режим измерения постоянного тока.
- при исследовании сигналов типа 2 и 6 обязательно измерить длительность сигнала ТС и период следования сигнала Т.
Рисунок 3
Рисунок 4
4 Обработка результатов измерений
4.1 По результатам выполнения п 3 необходимо рассчитать коэффициенты амплитуды КА и формы КФ для сигналов, представленных в таблице 1.
4.2 Произвести анализ полученных значений, сравнить экспериментальные данные и теоретические расчеты и сделать выводы.
5 Контрольные вопросы
5.1 Определите показание аналогового вольтметра с преобразователем амплитудного значения и закрытым входом, если на вход подано напряжение 
В? Шкала вольтметра проградуирована в действующих значениях гармонического сигнала.
5.2 Определите показание аналогового вольтметра с преобразователем амплитудного значения и открытым входом, если на вход подано напряжение В? Шкала вольтметра проградуирована в действующих значениях гармонического сигнала.
5.3 Какие методы аналого-цифрового преобразования реализуются в цифровых электронных вольтметрах?
5.4 Поясните принцип действия цифрового вольтметра с время-импульсным преобразованием.
5.5 Объясните назначение всех ручек управления цифрового вольтметра, используемого в работе.
5.6 Поясните принцип действия цифрового вольтметра с двойным интегрированием.
5.7 Как влияет форма кривой исследуемого напряжения на показания электронных вольтметров с различными преобразователями?
5.8 Каковы достоинства и недостатка цифровых электронных вольтметров.
6 Рекомендуемая аппаратура
6.1 Генератор специальных импульсов Г6-27
6.2 Осциллограф С1-93 (С1-137)
6.3 Схемы выпрямителей
6.4 Вольтметр В7-35
Литература
1 Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин.- М.: Высшая школа, 1989.-384 с.
2 Основы метрологии и электрические измерения./ Ред. Душина Е.М.-Л.: Энергоатомиздат, 1987.-480 с.
3 Теоретические основы электротехники./Ред. Ионкина П.А.- М.: Высшая школа, 1976.-217 с.
4 Баранов Б.В., Посконный Г.И. Методические указания по работе с измерительными приборами.- Новоуральск: МИФИ-2, 1988.-44 с.
5 Лекции.
Приложение А
Периодические несинусоидальные функции
Периодические несинусоидальные функции можно представить в виде рядов Фурье, которые в общем случае содержат постоянную составляющую, основную или первую гармонику, имеющую период, равный периоду заданной функции, и высшие гармоники, частоты которых в целое число раз больше частоты первой гармоники.
В общем случае ряд Фурье может быть записан в следующем виде
(1)
Для вычисления коэффициентов ряда Фурье целесообразно представить члены через синусы и косинусы без начальных фаз. Тогда
(2)
где
(3)
(4)
(5)
при этом
(6)
(7)
Периодические несинусоидальные функции характеризуются следующими параметрами:
- максимальное значение функции за период - 
;
- действующее (среднеквадратическое) значение функции за период
Если функция задана аналитически
(8)
Если функция задана в виде ряда Фурье
(9)
- среднее значение функции за период (постоянная составляющая)
(10)
- среднее по модулю (средневыпрямленное) значение
(11)
Форму периодических несинусоидальных сигналов характеризуют следующие коэффициенты:
- коэффициент формы представляет отношение действующего значения функции к среднему по модулю значению
; для синусоиды 
=1.11 (12)
- коэффициент амплитуды представляет отношение максимального значения функции к действующему значению
; для синусоиды 
(13)
- коэффициент искажений представляет отношение действующего значения первой гармоники к действующему значению функции
; для синусоиды 
(14)
УДК 621.314
Составитель: ст. преподаватель кафедры “Промышленная электроника”
Литвинчук Ирина Евгеньевна
Лабораторный практикум по курсу “Электрические измерения” для студентов бакалавриата по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» очной формы обучения.- Новоуральск: НТИ НИЯУ «МИФИ», 2012.-44 с.
Сдано в печать Формат А5 Бумага писчая
Печать плоская. Уч. - изд. л. 3 Тираж 20 экз.
Заказ Издательство НГТИ Лицензия ИД № 00751 г. Новоуральск, ул. Ленина, 85
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 138; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!