авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

«УДК 621.3(075.8) МИНОБРНАУКИ РОССИИ ББК 31.2я73 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ...»

-- [ Страница 5 ] --

Как любое измерительное устройство, программа «Осциллограф» снабжена осями (шкалами). Вертикальная ось слева градуирована в единицах младшего значащего разряда АЦП или вольтах, которые отображаются в левом верхнем углу окна осциллографа.

Нижняя горизонтальная ось может быть градуирована по числу измеренных точек или в единицах времени (секундах, милли-, микро-, наносекундах). Единица измерения горизонтальной оси приводится в левом нижнем углу окна осциллографа. На осях подписываются значения, соответствующие текущему активному каналу. При этом надписи на верхней горизонтальной оси соответствуют точкам в районе курсора. Значе ние в точке, над которой расположен курсор, подсвечивается прямоугольником того же цвета, что и текущий активный канал. Для удобства оценки промежуточных значений оси, кроме крупных клеток, имеются по девять засечек на каждую такую клетку Графическая часть — основная для осциллографа, и там отображается в реальном времени график сигнала, подаваемого на вход или входы платы. Графическая часть может быть разделена по горизонтали на две части двойным щелчком мыши. В верхней части графики сигналов отображаются в нормальном виде, а в нижней — в увеличенном. При этом в зону увеличенного просмотра попадает та часть графика, которая находится внутри выделенного квадратика. Его размер можно изменять, передвигая мышь и удерживая нажатой ее правую кнопку, а положение — перемещая мышь и удерживая нажатой ее левую кнопку. Двойное нажатие левой кнопки мыши возвращает окно осциллографа в нормальный режим.

В режиме анализа спектра сигнала горизонтальная ось градуируется в килогерцах, вертикальная — в децибелах. Для просмотра параметров спектра квазигармонического сигнала (см. рис. 12.3, б) необходимо маркерами Ml и М2 выделить участок спектра, содержащий, например, основную гармонику.

Программа «Генератор» предназначена для управления платой аналогового вывода ЛА-ЦАПн10 и совместно с ней образует виртуальный прибор, который по своим функциональным возможностям соответствует приборам класса генераторов сигналов специальной формы (группа Г6). Генератор позволяет формировать синусоидальные, прямоугольные, треугольные и более сложные выходные сигналы. Сигналы генерируются за счет последовательного вывода временных отсчетов сигналов, записанных в циклический буфер памяти платы. Взаимодействие с программой происходит только в моменты изменения этого буфера при записи в него нового сигнала, считываемого из файла и формируемого программно.

Режим генерации канала изменяется только тогда, когда изменяется состояние какого-либо относящегося к нему управляющего элемента. После запуска генератора открывается его главное окно, графически выполненное в виде приборной панели (рис.

12.4). Управление генератором осуществляется через это окно, а также через дополнительные диалоговые окна, открывающиеся через меню главного окна.

Примерами виртуальных вольтметров с Windows-интерфейсом (рис. 12.5) могут служить программы для управления платами ЛА-н10 и ЛА-и24. Эти виртуальные приборы предназначены для измерения среднеквадратичного значения напряжения в диапазоне частот до 50 МГц в двухканальном режиме и 1 кГц — в трехканальном.

Все описанные виртуальные приборы удобны и просты в управлении для тех, кто постоянно работает с компьютером. Для начинающих пользователей компьютеров созданы стандартные измерительные приборы, подключать и применять которые не сложнее, чем обычные стандартные устройства. Примером могут служить виртуальные приборы, имеющие прототипы среди стационарных приборов и очень похожий программный интерфейс: осциллограф, спектроанализатор и вольтметр.

Виртуальные приборы максимально просты в управлении и имеют те же панели, расположенные в тех же местах, те же органы управления, что и обычные приборы аналоги. Графический интерфейс программы создает переднюю панель известного измерительного прибора. В программе вольтметра стандартного типа (рис. 12.6) с платой ЛА-н10 для начала работы необходимо только установить переключатели в нужное положение и начать измерять входные сигналы по двум каналам.

Рис. 12.4. Виртуальный генератор сигналов специальной формы Рис. 12.5. Вольтметр с Windows-интерфейсом Рис. 12.6. Виртуальный вольтметр стандартного типа Таким образом, наличие двойного подхода к программному интерфейсу виртуальных приборов позволяет пользователям с разной квалификаций полностью использовать возможности устройств с АЦП, ЦАП или цифровыми входами-выходами для решения измерительных задач.

Достоинством виртуальных приборов по сравнению с микропроцессорными является доступ пользователя к обширным объемам прикладных программ, возможность использовать внешнюю память большой емкости и различные устройства документирования результатов измерений. Кроме того, использование виртуальных приборов экономически эффективно, так как любая ПСД и программное обеспечение обработки измерительной информации дешевле любого измерительного прибора.

7.5. Интеллектуальные измерительные системы Интеллектуальные измерительные системы (интеллектуальные ИС) характеризуются тем, что их можно индивидуально программировать на выполнение специальных задач, используя программируемый терминал для ввода параметров конфигурирования.

Такие измерительные системы могут выполнять все функции измерения и контроля в режиме реального времени, что позволяет осуществлять функции измерения и контроля высокого уровня без использования больших компьютеров. При автономном функционировании такая система обеспечивает непрерывные измерения и контроль заданных параметров, сбор данных и обработку сигналов.

Интеллектуальные ИС отличаются от традиционных следующими преимуществами:

1. высокое быстродействие контуров управления процессом измерения и высокая скорость сбора данных;

2. возможность использования стандартных интерфейсов с любыми системами и оборудованием;

3. надежность на каждом системном уровне за счет применения универсальных методов обеспечения безотказной работы;

4. возможность взаимозаменяемости, так как интеллектуальные ИС являются стандартными устройствами.

Литература: [1], c. 181-191.

Расчетные задания к лекционному материалу Задание 1. Основные сведения из теории электротехнических измерений Определение погрешности результата косвенных измерений Задание. Для измерения сопротивления или мощности косвенным методом исполь зовались два прибора: амперметр и вольтметр магнитоэлектрической системы.

Данные приборов, их показания, при которых производилось измерение, приведены в табл. 1.1.

Табл.1. Исходные данные для решения задачи Наименование Предпослед Последняя цифра шифра заданной няя цифра величины шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Предел измере – 150 250 15 30 50 75 100 150 250 ния Uном, В Класс точности – 0,2 0,5 0,2 0,5 1,0 0,2 1,0 0,5 1,0 0,,% 0;

5 140 200 8 28 20 70 90 100 245 Показание 1;

6 120 210 10 26 25 65 80 110 230 вольтметра 2;

7 130 220 12 24 30 60 70 120 200 U,В 3;

8 110 230 14 22 35 55 60 130 225 4;

9 100 240 15 25 40 50 50 140 201 Предел измере – 0,75 1,5 3 7,5 0,3 1,5 0,75 0,3 15 ния Iном, A Класс точности 0,5 1,0 1,0 1,5 0,2 0,5 0,2 0,2 1,5 1,,% 0;

9 0,6 1,2 1 2 0,15 1,2 0,74 0,2 5 2, Показание 1;

8 0,5 0,9 2 4 0,2 1,4 0,68 0,18 7 2, амперметра 2;

7 0,7 0,8 2,5 6 0,25 0,8 0,66 0,26 9 1, I, A 3;

6 0,55 0,7 1,5 5 0,18 1 0,70 0,24 11 4;

5 0,85 1,0 0,5 1 0,28 0,9 0,6 0,16 13 2, Определить:

а) величину сопротивления и мощность по показаниям приборов;

б) максимальные абсолютные погрешности амперметра и вольтметра;

в) абсолютную погрешность косвенного метода;

г) относительную погрешность измерения;

д) пределы действительных значений измеряемых физических величин.

Методические указания При косвенных измерениях искомое значение величины у определяется на основа нии математической зависимости, связывающей эту величину с несколькими величинами (x1, x2,..., xm), измеряемыми прямыми методами. При этом погрешности прямых измерений приводят к тому, что окончательный результат имеет погрешность.

Максимальные абсолютные погрешности амперметра и вольтметра определяются так:

I ном I = ±, (1.1) U ном U = ±, (1.2) приведенная погрешность измерительного прибора, равная классу точности где прибора;

Iном, Uном номинальное значение тока и напряжения соответственно.

Формулы для расчета абсолютных и относительных погрешностей результата кос венных измерений приведены в табл.1.2.

Табл. 1.2.

Расчетные формулы погрешности косвенных измерений мощности и сопротивлений Функция Погрешность абсолютная y относительная y y x1x2 ± ( x1 x1 )2 + ( x2 x2 ) 2 2 2 ± x1 ( x2 ) + x2 ( x1 ) 2 2 2 x2 x1 + x1 x ± ± ( x1 x1 )2 + ( x2 x2 ) x1/x2 x В табл.1.2 приняты следующие условные обозначения:

x1, x2 измеренные значения электрических величин;

x1, x2 максимальные абсолютные погрешности, допускаемые при измерениях значений x1,x2.

Функция x1x2 используется в задаче для расчета погрешности косвенного измерения мощности, функция x1/x2 то же для сопротивлений.

Результаты вычислений сопротивлений и мощности свести в табл. 1.3.

Табл. 1.3.

Результаты вычислений задачи P ± P, R ± R, U, I, P, R, P, R, U, I, Ом Вт В А В А Вт Ом % % Примеры решения задач З а д а ч а 1. Определить абсолютную и относительную погрешность косвенного метода измерения мощности при следующих данных приборов и их показаниях:

I = 2 A;

I ном = 3 А;

= 1 %;

U = 50 В;

U ном = 100 В;

= 2,5 %.

Решение:

a) значение мощности по показаниям приборов P = UI = 100 Вт;

б) предельные абсолютные погрешности измерительных приборов:

I ном I = = ±0,03 А;

амперметра U ном вольтметра U = = ±2,5 В;

в) абсолютная погрешность косвенного измерения мощности 2 I U p = ± + = ±0,05;

I U P = ( 100 ± 5 ) Вт.

д) действительное значение мощности З а д а ч а 2. Для определения напряжения смещения нуля исследуется схема из мерительного усилителя, представленного на рис. 1.1. Известны математическое ожидание и средние квадратические отклонения источников тока и ЭДС, определяющих дрейф: mI = I = 0,6 мкА, E = 0,4 мВ. Определить математическое ожидание m и 1 мкА, mE = 1 мВ, среднее квадратическое отклонение напряжения смещения нуля Uвых (при отсутствии входного напряжения), считая операционный усилитель идеальным, причем R1 = 1 кОм, R = 10 кОм.

Р е ш е н и е. Напряжение на выходе выражается зависимостью U вых = IR2 + E( R2 / R1 + 1 ). (1.3) Искомые величины можно рассчитать по формулам:

m = m I R2 + m E ( R2 / R1 + 1 ) ;

(1.4) m = 1 10 6 10 10 3 + 1 10 3 ( 10 10 3 / 1 10 3 + 1 ) = 21мВ;

2 U U = вых I2 + вых E ;

(1.5) I E R ( R2 ) = + 2 + 1 E ;

2 (1.6) R I 1 10 10 3 (10 10 ) = ( 0,6 10 ) + + 1 ( 0,4 10 3 )2 = 7 мВ.

6 1 10 3 R R1 E Uвых J Рис. 1.1. Схема проведения эксперимента Задание 2. Средства электрических измерений Измерение несинусоидального напряжения Выполнить измерения несинусоидального напряжения с помощью аналоговых изме рительных приборов. Задано два вида напряжения:

u = U1msint + U3msin(3t+3);

(2.1) 1 1 sin t + sin 2t + sin 3t ].

u = Um[0,5 - (2.2) 2 Напряжение вида (2.1), содержащее первую и третью гармоники, измеряется вольт метрами электродинамической и выпрямительной систем, напряжение вида (2.2), имеющее постоянную составляющую, первую, вторую и третью гармоники, – электронным вольт метром пикового значения и вольтметром магнитоэлектрической системы. Вольтметры имеют одинаковые номинальные напряжения (Uн = 300 В) и шкалы с одинаковым числом делений (н = 150 дел.).

Определить, на какое число делений шкалы отклонятся стрелки всех вольтметров при определении соответствующих напряжений.

Исходные данные вариантов приведены в табл. 2.1.

Методические указания Вольтметры электродинамической системы измеряют действующее значение неси нусоидального напряжения U = U 02 + U 12 + U 2 + L.

(2.3) Показания вольтметров выпрямительной системы пропорциональны среднему по модулю значению измеряемого напряжения. Если за начало отсчета времени принять мо мент прохождения через ноль первой гармоники напряжения и учесть, что начало третьей гармоники напряжения смещено по отношению к началу первой на угол 3, то для кривых, не содержащих постоянной составляющей и четных гармоник, после интегрирования зави симости u(t) получим 2 U 1m cos 1 + U 3 m cos 3.

U ср = (2.4) Поскольку приборы этой системы градуируются в действующих значениях при си нусоидальном напряжении, то расчет цены деления требует корректировки.

Вольтметры электронной системы пикового значения реагируют на амплитудное значение измеряемого напряжения Um. Приборы этой системы также градуируются в дей ствующих значениях U при синусоидальном напряжении, поэтому при определении цены деления также необходима аналогичная корректировка:

Табл. 2. Исходные данные для решения задачи Наименова- Предпо Последняя цифра шифра ние величи- следняя ны, размер- цифра ность шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Напряжение 100 150 160 120 180 200 110 80 140 Um, В 0;

5 125 115 110 195 175 130 140 70 180 1;

6 80 170 120 205 125 165 160 200 135 Напряжение 2;

7 105 90 130 200 105 150 110 95 155 U1m, В 3;

8 155 190 100 130 140 175 100 210 85 4;

9 135 180 160 110 145 185 90 80 165 0;

6 25 23 22 39 35 27 19 14 38 1;

7 16 35 24 40 25 32 33 17 26 Напряжение 2;

8 20 18 26 30 24 34 18 15 30 U3m, В 3;

9 30 38 20 28 28 39 16 45 22 4;

5 27 36 32 23 29 42 15 20 31 Угол 3, 0 30 180 60 90 180 0 30 60 град.

= C ka, CU (2.5) U ka Um k a = ;

k a = 2 - коэффициенты амплитуды соответственно для заданной и где U синусоидальной форм напряжения;

U – действующее значение напряжения.

Вольтметры магнитоэлектрической системы выделяют из заданного входного на пряжения u(t) только постоянную составляющую U0.

Результаты измерения записать в табл. 2.2.

Табл. 2.2.

Результаты вычислений Наименование Число делений Постоянная Постоянная измерительной, дел.

СU, В/дел. С'U, В/дел.

системы прибора Электродинамическая Выпрямительная Магнитоэлектрическая Электронная Задание 3. Обработка результатов измерения.

Обработка результата наблюдения при однократном измерении Производится измерение напряжения на сопротивлении. Известно:

R = (50 ± 1) Ом, вольтметр с внутренним сопротивлением Rv = 5 кОм, с относительной погрешностью внутреннего сопротивления i = 0,5 %. Верхний предел вольтметра Vверх = В, класс точности = 1 %, шкала равномерная, число делений 150. Вольтметр показал зна чение Uv = 12,3 В. Необходимо записать результат измерения.

Вариант ~ может Погрешность быть найдена из формулы класса точности прибора ~ = 100 %;

(3.1) Vверх V верх ~ = = 15 = 0,15 В.

100 Выбирая Р = 0,95, можно записать результат измерения:

~ U = ( 12,30 ± 0,15 ) В при Р = 0,95.

Результат смещен, поскольку не учитывалась методическая систематическая по грешность, обусловленная шунтированием сопротивления R сопротивлением вольтметра Rv.

Вариант с Оценим для внесения поправки. Предполагая, что ток через R остается неизменным до и после включе ния вольтметра, можно определить с:

c = U v U, (3.2) где U = IR – истинное значение Рис. 3.1. Измерение напряжения напряжения на R, на резисторе и определение НО RRv UV = I. (3.3) R + Rv Подставив U и V в формулу для с, получим:

R RR c = I R + R R = I R + R.

v (3.4) v v Значение I неизвестно, поэтому от абсолютных значений перейдем к относительным, т. е. вычислим относительную методическую погрешность R I c R + RV R c = = =, (3.5) R + RV U IR относительная погрешность не зависит от показаний приборов, а также от значения тока и напряжения в схеме. Она зависит только от соотношения сопротивлений.

Зная с, найдем с и, следовательно, поправку с :

R c = c = cU V = UV ;

(3.6) R + RV c = 0,122 В.

Значение поправки вносится в результат наблюдения и получается несмещенное значение измеряемого напряжения ~ U = UV + c ;

(3.7) ~ U = 12,3 + 0,122 = 12,422 В.

Далее определяются составляющие неисключенных остатков:

1 = = 1 % – класс точности приборов;

С 2 = 100 % – личностная погрешность, 2Vверх где С – цена деления вольтметра, В/дел.;

15 2 = 100 % = 0,3 %;

150 2 3 = i = 0,5 % – погрешность внутреннего сопротивления вольтметра;

1 3 – инструментальная погрешность;

4 = R = 100 % = 2 %– погрешность сопротивления R или модельная по грешность.

Расчет по выражению проводится для двух значений k: при Р = 0,95 и Р = 0,99 в связи с тем, что имеются инструментальные и модельные погрешно сти:

для Р = 0, m b 2 i 2 i, рез = k (3.8) i = где коэффициенты bi = 1;

m – количество неисключенных остатков, рез = 1,1 12 + 0,32 + 0,5 2 + 2 2 2,5 %;

для Р = 0,99 рез 3,2 %.

Далее определяются граничные значения измеряемой величины:

~ рез = резU ;

рез = 12,3 0,025 = 0,31 В;

при Р = 0, рез = 12,3 0,032 = 0,40 В.

при Р = 0, Результат измерения с округлением:

U = (12,4 ± 0,4 ) В при Р = 0,99;

U = (12,4 ± 0,3 ) В при Р = 0,95.

Обработка результатов наблюдений при однократном измерении Аналоговым амперметром класса точности пр с пределом Iд и шкалой 150 делений измеряется ток в цепи, содержащей сопротивление R. Сопротивление R имеет погрешность R, а измерение выполняется при температуре окружающей среды Токр,оС. Отсчетное уст ройство показывает N делений с округлением при отсчете до половины деления шкалы.

Внутреннее сопротивление амперметра равно Ri. Температурная погрешность не превыша ет значения m основной на каждые Т, оС.

По данным варианта (табл. 3.2) записать результат измерения.

Температурная погрешность рассчитывается по формуле:

20 Т окр Т = m пр. (3.9) Т Табл.3.2.

Исходные данные для решения задачи Заданная Последняя цифра шифра величина, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 размерность R, Ом 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Токр, оС 15 16 17 18 19 20 21 22 23 пр, % 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 0,1 0,2 0,5 1,0 1, 140 137 132 145 138 141 122 127 131 N Iд,А 20 10 1 0,5 15 10 1,5 2 4 Ri, Ом 0,1 0,5 4 0,7 0,5 0,2 3,7 5 7 R,% 1,0 0,5 2,0 5,0 2,0 2,0 5,0 1,0 0,1 1, Т, оС 5 7 10 3 2 1 3 8 4 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 1,9 1,7 1,5 1,3 1, m 3. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ Лабораторные занятия по дисциплине «Электротехнические измерения» проводятся с целью углубления и закрепления теоретических знаний, проверки и подтверждения их экс периментальным путем. Перечень и распределение тем лабораторных занятий приводятся ниже.

Распределение тем лабораторных занятий по времени дисциплины Количество часов № Наименование темы Используемые приборы и Тема лабораторного занятия лабораторное оборудова ние 1 Определение метрологических характери- 1, 2, 3 Персональный компью- стик электроизмерительных приборов. тер, пакеты ППО машин 4, 5, 11 ного моделирования 2 Поверка амперметра и вольтметра методом Electronics Workbench.

сличения.

3 Измерение средних сопротивлений оди- 6, 7 нарным мостом постоянного тока.

4 Измерения при помощи электронного ос- 8, 9, 10 циллографа.

5 Применение масштабных измерительных 4, 5, 11 преобразователей.

6 Поверка однофазного электронного счет- 4, 5, 11 чика.

7 Измерение полных сопротивлений элек- 10, 12 тронными приборами.

Лабораторные работы по дисциплине выполняются на ПК методом компьютерного мо делирования на базе программы машинного моделирования Electronics Workbench (EWB).

Основной задачей исследования при проведении лабораторных работ является экспе риментальное измерение в электрических цепях, а также исследования электроизмеритель ных приборов. Аналитический расчет показателей и характеристик названных цепей и уст ройств возможно вести по соответствующей учебной и справочной литературе. В отчете по лабораторной работе студент обязан сделать выводы о соответствии теории и эксперимента, а также объяснить возможные расхождения.

Для подготовки к защите лабораторных работ приводятся контрольные вопросы.

Принципиальные электрические схемы исследуемых цепей и устройств приводятся в тексте каждой лабораторной работы. Перед проведением необходимых по заданию лабора торной работы экспериментов следует смоделировать исследуемую схему в среде EWB. При выполнении практикума каждому студенту задаются индивидуальные исходные данные не обходимые для выполнения той или иной лабораторной работы. Распределение индивиду альных исходных данных проводит преподаватель, ведущий лабораторные занятия, либо они выбираются в соответствии со списком группы.

Отчет по каждой лабораторной работе должен содержать:

1) цель работы;

2) принципиальные электрические схемы исследуемых цепей, содержащие эпюры ис следуемых сигналов;

3) программы расчета, векторные и временные диаграммы, различные эксперимен тальные данные и соответствующие им таблицы;

4) построенные по экспериментальным данным зависимости;

5) краткие выводы по проделанной работе.

Отчеты по лабораторным работам выполняются на листах формата А4 либо на тетрад ных листах. По окончанию лабораторного практикума каждого семестра все отчеты по лабо раторным работам брошюруются студентом в журнал отчетов и сдаются преподавателю.

Оформление титульных листов лабораторной работы и журнала отчетов приведено в прил. 4.

При работе в лаборатории (вычислительном зале) студент обязан строго выполнять правила техники безопасности, соблюдать порядок и тишину при проведении лабораторных работ, заботится о сохранности лабораторного оборудования и мебели.

Указания по выполнению и защите лабораторных работ 1. Перед выполнением цикла лабораторных работ необходимо внимательно изучить прави ла техники безопасности, получить от преподавателя инструктаж по этим правилам и правилам поведения при выполнении лабораторных работ. В дальнейшем строго соблю дать правила техники безопасности и поведения в учебной лаборатории.

2. Перед выполнением каждой лабораторной работы студенту следует заранее изучить ре комендованный к данной теме теоретический материал, ознакомиться с описанием рабо ты, продумать ответы на вопросы для самопроверки, подготовить в рабочем отчете бланк для заполнения протокола наблюдений. Бланк протокола наблюдений должен со держать наименование работы, схемы и таблицы для записи опытных данных. Лабора торные работы выполняются отдельными бригадами из двух-трех человек. Допускается иметь один рабочий отчет на бригаду. Рабочие отчеты должны оформляться в отдельной тетради для всего цикла лабораторных работ.

3. В начале лабораторной работы преподаватель проводит опрос студентов, проверяет на личие протоколов и готовность к работе.

4. Включение и выключение лабораторного стенда можно производить после допуска к ра боте. Включение компьютера производить, следуя инструкциям по работе в среде Windows.

5. При компьютерном моделировании все таблицы экспериментальных данных должны быть заполнены.

6. Работа считается выполненной после утверждения преподавателем рабочего отчета бри гады.

7. Для защиты лабораторной работы каждый студент по каждой работе составляет индиви дуальный отчет, который должен содержать:

- заглавие (номер и название лабораторной работы);

- схемы исследованных электрических цепей;

- результаты исследований (в виде таблиц и графиков);

- расчетную часть задания;

- выводы по работе.

8. Работа считается защищенной после собеседования, утверждения индивидуального от чета преподавателем и решения контрольного задания по работе.

3.1. Лабораторная работа Определение метрологических характеристик электроизмерительных приборов Цель работы: изучение и определение погрешностей измерительных приборов и их технических характеристик.

1.1. Основные теоретические положения Погрешность измерений – это отклонение результата измерения от истинного значе ния измеряемой величины. Различают абсолютную, относительную и приведенную погреш ность измерительных приборов.

Абсолютная погрешность прибора – это разность между показанием прибора X и истинным значением X0 измеряемой величины:

= X X0. (1.1) Относительная погрешность прибора – это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

= 100 %. (1.2) X Для практических расчетов в знаменателе формулы истинное значение X0 заменяется результатом измерения X.

Отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению XN, выраженное в процентах, называется приведенной погрешностью:

= 100 %. (1.3) XN Для приборов с нулевой отметкой на краю шкалы нормирующее значение XN равно конечному значению диапазона измерений.

Основная наибольшая допустимая приведенная погрешность характеризует цифру класса точности прибора:

max д = 100% K п, (1.4) XN max – наибольшая допустимая абсолютная погрешность;

где Кп – цифра класса точности средства измерения.

Постоянной прибора С (ценой деления) называется количество единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы:

I ном CI = для амперметра, А/дел., ;

max U ном CU = для вольтметра, В/дел., ;

(1.5) max U ном I ном CW = для ваттметра, Вт/дел.,, max где Iном, Uном – номинальные значения тока и напряжения приборов;

max – максимальное число делений шкалы прибора.

Величина S, обратная постоянной прибора, называется чувствительностью прибора:

S=. (1.6) C 1.2. Порядок выполнения работы 1) Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис. 1.1.

* W A * Zn ~U V AТ Рис. 1.1. Схема проведения эксперимента 2) Снять показания амперметра, вольтметра и ваттметра при двух значениях нагруз ки, указанных преподавателем.

3) Используя обозначения на шкалах измерительных приборов, для каждого из них вычислить постоянную С, чувствительность S, наибольшую допустимую абсолютную по грешность max.

4) По результатам измерений вычислить относительную погрешность, в качестве выбрать max, Х0 принять равным измеренному значению Х, предполагая, что показания приборов являются достоверными.

5) По результатам измерений и вычислений заполнить табл. 1.1 и 1.2.

6) Провести анализ относительной погрешности в зависимости от измеряемой величины X. Сделать вывод о подборе предела измерения.

1.3. Контрольные вопросы 1) Миллиамперметр рассчитан на ток I = 500 мА и имеет постоянную по току CI = мА/дел. Определить максимальное число делений и ток в цепи, если стрелка отклонилась на 60 делений.

2) Шкала амперметра с пределом измерения 5 А разбита на 100 делений. Определить цену деления и ток в цепи, если указатель отклонился на 55 делений.

3) Определить предел измерения вольтметра, если max = 150 дел., CU = 0,1 В/дел.

4) Определить постоянную ваттметра, если Uном = 75 В, Iном = 25 А, max = 100 дел.

5) Определить максимальную абсолютную погрешность ваттметра класса точности 0,5 c Uном = 150 В, Iном = 2 А.

Табл. 1. Технические характеристики средств измерения Наименование Заводской Система прибора Класс точности Диапазон измерений прибора номер Амперметр Вольтметр Ваттметр Т а б л. 1. Результаты измерений в различных точках шкалы приборов Относи Макси- Наиболь Чувстви тельная по Постоянная Показание мальное шая допус Внутрен- Номиналь- тельность грешность Наимено- Класс точ- прибора С, прибора число тимая по нее со- ное значе- прибора S,, % вание при- ности при- А/дел., Х делений грешность против- ние XN, дел./А, бора бора В/дел., шкалы max, ление А, В, Вт дел./В, Вт/дел. дел. А, В, max дел./Вт. А, В, Вт Вт Вольтметр Амперметр Ваттметр 3.2. Лабораторная работа Поверка амперметра и вольтметра методом сличения Цель работы: изучение методики поверки измерительных приборов методом сличения.

2.1. Основные теоретические положения Под поверкой средств измерения понимается определение погрешностей средств из мерения и установление их пригодности к применению.

Поверка измерительного прибора в большинстве случаев осуществляется путем сли чения его показаний с показаниями образцового прибора. Образцовые приборы подбира ются по роду тока, номинальной величине, классу точности. Допускаемая погрешность образцового прибора должна быть по крайней мере в пять раз меньше допускаемой погреш ности поверяемого.

Точность измерительных приборов определяется приведенной погрешностью, ко торая на всех отметках рабочей шкалы не должна превышать значения цифры класса точ ности данного прибора.

Вариация показаний b определяется как разность действительных значений изме ряемой величины при одном и том же показании прибора:

b = X о.м Х о.б, (2.1) где Xо.м, Xо.б – показания образцового прибора при подводе указателя поверяемого при бора к отметке шкалы со стороны больших и соответственно меньших значений.

Допускаемая вариация показаний b не должна превышать предела допускаемой ос новной абсолютной погрешности доп = ±0,01К n X N, (2.2) где Kn – число, обозначающее класс точности поверяемого прибора;

XN – нормирующее значение, которое принимается равным конечному диапазону из мерений для приборов, имеющих нулевую отметку в начале шкалы.

Поправка П к поверяемому прибору – это разность между показаниями образцового X0 и поверяемого X приборов или абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком:

П = X 0 X =. (2.3) 2.2. Порядок выполнения работы 1) Произвести внешний осмотр поверяемых приборов с целью выявления механиче ских повреждений. Проверить работу корректора, который должен позволять смещать ука затель прибора в обе стороны от нулевой отметки на 5% длины шкалы. Установить стрелку на нулевую отметку. Установить приборы в рекомендуемое для них положение. Паспортные данные занести в табл. 2.1 (см. лаб. раб. 1).

2) Собрать экспериментальную установку для поверки амперметра (рис. 2.1), вольтметра (рис. 2.2). Реостат r2 служит для грубой регулировки, его сопротивле ние в 10 – 20 раз больше сопротивления r1, позволяющего плавно изменять измеряемую ве личину. Подать питание на установку и убедиться в возможности плавной регулировки по казаний в пределах всей шкалы поверяемого прибора. Прогреть прибор номинальным током в течение 15 мин.

+ + r1 r mA V0 Vn mAn r r – – Рис. 2.1. Схема поверки амперметра Рис. 2.2. Схема поверки вольтметра 3) Определить приведенные погрешности на каждом оцифрованном делении пове ряемого прибора два раза: сначала при возрастании измеряемой величины от нуля до наи большего значения по шкале, а затем на тех же оцифрованных делениях при убывании X от наибольшего значения по шкале до нуля.

Если случайно пройдена желаемая отметка шкалы, то нужно вернуться к исходному положению (к началу или концу шкалы) и снова подвести указатель к нужной отметке.

4) Определить невозвращение указателя к нулевой отметке. Для этого измеряемую величину нужно плавно уменьшить от максимального значения до нуля, затем, отключив питание с установки, отметить невозвращение указателя к нулевой отметке.

5) Вычислить абсолютные, приведенные погрешности и вариации b. При расчете по правки П, необходимо принимать среднее значение для каждой пары действительных зна чений X0, полученных на соответствующем оцифрованном делении шкалы. Результаты из мерений и вычислений занести в табл. 2.1.

6) По результатам поверки сделать заключение о том, не превосходят ли полученные вариации пределов допускаемых для поверяемого прибора абсолютных погрешностей.

Сравнивая величину Кп с максимальной приведенной погрешностью, установить, соответст вует ли прибор обозначенному на нем классу точности. Сделать общий вывод о возможности дальнейшей эксплуатации поверяемого прибора.

2.3. Контрольные вопросы 1) По каким характеристикам подбираются образцовые и поверяемые приборы?

2) Что называется поправкой и вариацией?

3) Что называют приведенной, основной и дополнительной погреш-ностью?

4) Что означает цифра класса точности?

Т а б л. 2.1.

Результаты измерений при поверке приборов Абсолютные Приведенные по Показания образцового прибора Х погрешности грешности к поверяемому Показания показаний b прибору П поверяемого при при при при Вариация Поправка значение при при среднее прибора Х увеличе- умень- увели- умень увеличении уменьшении нии шении чении шении дел. В (А) дел. В (А) дел. В (А) В (А) В (А) В (А) % В (А) 3.3. Лабораторная работа Измерение средних сопротивлений одинарным мостом постоянного тока Цель работы: изучение одинарного моста Р333 и приобретение навыков измерения средних сопротивлений, ознакомление с поверкой моста методом сличения с показаниями магазина образцовых сопротивлений.

3.1. Порядок выполнения работы 1) Измерить мостом Р333 по двух- и четырехпроводной схеме сопротивления, значе ние которых заранее не известно. Для этого необходимо:

подключить измеряемое сопротивление rx к зажимам моста 2 – 3, клеммы 1 – 2 замк нуть перемычкой, установить отношение плеч n = r1/r2 = 1, нажать кнопку "Г";

кратковременно нажимая кнопку "Грубо" и изменяя значение сравнительного плеча r начиная со старших декад, добиться нулевого отклонения стрелки;

определить порядок величины измеряемого сопротивления, для которого по таблице, представленной на приборе, нужно выбрать значение n, обеспечивающее при равновесии моста использование всех декад сравнительного плеча;

установить необходимое n, кратковременно нажимая кнопку "Грубо", изменяя значе ния старших декад сравнительного плеча, добиться минимального отклонения стрелки, по сле этого можно пользоваться кнопкой "Точно";

кратковременно нажимая кнопку "Точно", продолжать уравновешивание моста изме нением сопротивления r в младших декадах до тех пор, пока стрелка установится на нуль;

по значениям сравнительного плеча r и отношения n вычислить измеряемое сопро тивление rx. Результаты эксперимента и вычислений занести в табл. 3.1.

Т а б л. 3. Измерение неизвестных сопротивлений № r n= 1 r, Ом rx, Ом Схема включения п/п r Двухпроводная Четырехпроводная 2) Поверить мост комплектно. Комплектная поверка заключается в сравнении (сличе нии) показаний моста со значениями образцовых мер сопротивления. При поверке в диапа зоне сопротивлений от 10 до 99900 Ом измеряемые сопротивления подключить к зажимам моста 2 – 3, замкнув перемычкой зажимы 1 – 2. В диапазоне меньше 10 Ом сопротивление rх подключить, используя четырехзажимную схему, сняв имеющуюся перемычку 1 – 2. Пока зания образцового магазина сопротивлений в этом случае берутся без поправки. По данным испытаний вычислить абсолютные погрешности = rx – rм, (3.2) где rм – значение сопротивления, установленное на магазине сопротивления.

Относительная погрешность rx rм = 100 %. (3.3) rм Исходные данные и результаты расчетов свести в табл. 3.2.

Т а б л. 3.2.

Результаты поверки моста постоянного тока № r1 Схема n=, % rм, Ом r, Ом rx, Ом п/п r2 включения Двух-проводная 3 Четырех проводная 3.2. Контрольные вопросы 1) Вывести уравнение равновесия одинарного моста.

2) По каким причинам ограничивается диапазон измеряемых мостом сопротивлений?

3) Когда и почему используется схема двух – и четырехпроводного подключения из меряемого сопротивления к мосту?

4) По каким причинам нельзя измерять малые сопротивления?

3.4. Лабораторная работа Измерения при помощи электронного осциллографа Цель работы: ознакомление с методами измерения напряжения, тока и сопротивления с помощью электронного осциллографа.

4.1. Основные теоретические положения Электронные осциллографы используются в качестве приборов для визуального на блюдения и записи периодических электрических процессов.

Они широко применяются в электроизмерительной технике, так как позволяют вести наблюдения формы кривой исследуемого напряжения и тока. Осциллографом также можно производить прямые измерения напряжения и косвенные измерения тока по падению напря жения на резисторе с известным сопротивлением.

В современных осциллографах при измерении амплитуды сигнала и его временных параметров применяют метод непосредственного отсчета по шкале на экране прибора, кото рый основан на использовании предварительно откалиброванного входного аттенюатора ка нала вертикального отклонения в вольтах на деление (В/дел.) и длительности развертки (время/дел.).

Значение измеряемой амплитуды определяется по формуле:

U m = mv n y k y, (4.1) где mv – коэффициент отклонения луча по вертикали, В/дел.;

ny – отклонение луча по вертикали, дел.;

ky – коэффициент деления напряжения делителем канала вертикального отклонения (ky = 1, ky = 10).

Значение измеряемого временного интервала вычисляется по формуле:

t = mt n x M p, (4.2) где mt – коэффициент развертки, время/дел.;

nx – отклонение луча по горизонтали, дел.;

Mp – множитель развертки (Mp = 0,2, Mp = 1).

Измеряемое переменное напряжение подается на вход канала Y, генератор развертки обычно отключают. Электронный луч на экране прочерчивает вертикальную прямую линию, длина которой при синусоидальном и симметричном напряжении переменного тока будет пропорциональна удвоенной амплитуде измеряемого переменного напряжения:

2U m ny =. (4.3) mv k y Значение коэффициентов mv, ky определяют по положению соответствующих пере ключателей на передней панели осциллографа. Для оценки формы исследуемого напряжения включают генератор развертки.

4.2. Порядок выполнения работы 1) Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации электронного осциллографа и подго товить его к работе.

2) Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис. 4.1. В качестве на грузки включен измерительный трансформатор тока (ИТТ) на холостом ходу. Входное на пряжение установить не более 15 В, в этом случае сопротивление R0 составляет 100 Ом.

AT A R V N Л Л И1 И Рис. 4.1. Схема для измерений осциллографом 3) Амперметром и вольтметром измерить действующие значения тока и напряжения при различных значениях коэффициента трансформации ИТТ. При этих же значениях изме рить амплитудные значения тока и напряжения осциллографом. Для этого канал Y осцилло графа последовательно подключить к клеммам вольтметра и резистора R0. Убедиться в том, что ток имеет несинусоидальную форму, а напряжение осталось синусоидальным. При изме рениях воспользоваться соотношениями для амплитудных значений:

n y mv k y Um = ;

(4.4) U m n y mv k y Im = =. (4.5) R0 2R Рассчитать коэффициенты амплитуды сигналов по формулам:

Im ka = ;

(4.6) I Um kv =, (4.7) U где I, U – действующие значения измеренных величин.

Результаты для двух измерений и расчетов свести в табл. 4.1. Сделать вывод относи тельно коэффициента амплитуды для синусоидального и несинусоидального сигналов.

Т а б л. 4.1.

Измерения осциллографом Измеряемая Действующее зна- R0, Амплитудное Коэффициент Кт.т величина чение В, А Ом значение В, А амплитуды ka Kт.т– коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока.

4) Зарисовать осциллограммы напряжений и тока на графиках, указав масштабы по времени и измеряемой величине.

5) Измерить по несколько значений активного rx и комплексного z сопротивления.

Измерения и расчет составляющих комплексного сопротивления выполнить по методике, изложенной в пункте “Основные теоретические положения”. Все результаты измерений и расчетов свести в табл. 4.2.

Т а б л. 4.2.

Измерение сопротивлений осциллографом Действующее Амплитудное Добавочное Измеряемое Примечания значение значение сопротивление сопротивление U, В Um0, В Rд, Ом Rx, Ом 4.3. Контрольные вопросы 1) Пояснить назначение электронно-лучевых осциллографов, назвать их разновидно сти.

2) Начертить упрощенную блок-схему электронно-лучевого осциллографа.

3) Описать принцип измерения тока, комплексного сопротивления и частоты с помо щью электронно-лучевого осциллографа.

4) Указать характер изменения коэффициента амплитуды в зависимости от формы измеряемого переменного напряжения.

3.5. Лабораторная работа Применение масштабных измерительных преобразователей Цель работы: изучение практического использования масштабных преобразователей, расчет индивидуальных шунтов и добавочных сопротивлений для магнитоэлектрических приборов, экспериментальная проверка расчета.

5.1. Основные теоретические положения Масштабный измерительный преобразователь предназначен для изменения значения измеряемой величины в заданное число раз.

Для расширения пределов измерения измерительных приборов по напряжению и току применяют измерительные трансформаторы, шунты и добавочные сопротивления.

Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения применяются для расширения пределов измерения электромагнитных, электродинамических, индукционных приборов по току и напряжению, а также для обеспечения безопасности измерений при вы соком напряжении.

В работе используется только измерительный трансформатор тока, номинальный пер вичный ток которого I1н указан на заводском щитке, а номинальный вторичный ток I2н равен 5А.

Во вторичную обмотку включается токовая обмотка ваттметра, поэтому мощность на грузки первичной цепи P1 = k pн P2, (5.1) где k рн = k Iн kUн ;

I1н k Iн = – номинальный коэффициент трансформации ИТТ;

I 2н U 1н kUн = = 1 – то же, для ИТН;

U 2н P2 – показание ваттметра.


5.2. Порядок выполнения работы 1) Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис. 5.1, подать напряжение U 100 B, снять показания приборов.

2) Вычислить погрешность использования ИТТ, являющуюся в первом приближении его токовой погрешностью:

P1 P 1 = 100 %, (5.2) P где Р01 = UI – мощность нагрузки по показаниям вольтметра и амперметра.

Л1 Л A И И * R V ~ ЛАТР * Рис. 5.1. Схема измерения мощности с трансформатором тока 3) Подобрать шунт сопротивлением Rш для расширения предела измерения Iн микро амперметра типа М265М до величины Iн', заданной преподавателем из ряда значений: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 мА. Сопротивление Rи указано на щитке прибора.

4) Установить на магазине сопротивлений рассчитанное значение сопротивления шунта и подключить к нему микроамперметр М265М для получения схемы миллиампермет ра с заданным пределом измерения.

+ 5) Собрать цепь (рис. 5.2) для сличе ния показаний полученного миллиампермет mA ра и образцового. Проверить эксперимен r тально правильность расчета Rш путем сли 200 Ом чения показаний на конечной отметке шкалы R ш прибора М265М I н с соответствующим по r казанием образцового прибора Io.

15 Ом 6) Определить относительную по A грешность вычислений Rш :

Rи Рис. 5.2. Измерение тока с шунтом I I 2 = н o 100 %. (5.3) Io 7) Использовать измерительный механизм прибора М265М для создания милли вольтметра с пределом измерения Uн = IнRи. Подобрать добавочное сопротивление Rд для расширения этого предела до величины U н, заданной преподавателем из ряда значений: 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 мВ.

8) Установить на магазине сопротивле ний рассчитанное значение сопротивления до- + Rи бавочного резистора R0 и подключить к нему r прибор М265М для получения схемы милли mV 200 Ом вольтметра с заданным пределом измерения.

М mV 9) Собрать схему (рис. 5.3) для сличения показаний полученного милливольтметра и об- r2 Rд 15 Ом разцового.

Рис. 5.3. Измерение напряжения с добавочным сопротивлением Экспериментально проверить правильность расчета Rд путем сличения показаний на конечной отметке шкалы прибора М265М Uн' с соответствующим показанием образцового прибора Uo.

10) Определить относительную погрешность вычислений Rд :

Uн U 3 = 100 %. (5.4) U 1, 11) Заполнить табл. 5.1, 5.2. Объяснить причины возникновения погрешностей 2, 3.

Т а б л. 5. Измерение тока с шунтом 2, % Iн, мА I'н, мА Rи, Ом Rш, Ом I0, мА Т а б л. 5. Измерение напряжения с добавочным сопротивлением 3, % Uн, мB U'н, мB Rи, Ом Rд, Ом U0, мА 5.3. Контрольные вопросы 1) Назвать область применения измерительных трансформаторов, шунтов и добавоч ных резисторов.

2) Вывести расчетные формулы для определения сопротивлений шунта и добавочного резистора.

3) Как определяются постоянные приборов с использованием масштабного преобра зователя?

4) Назвать погрешности, возникающие при использовании измерительных трансфор маторов тока и объяснить причины их возникновения.

3.6. Лабораторная работа Поверка однофазного электронного счетчика Цель работы: изучение методики поверки однофазного электронного счетчика.

6.1. Основные теоретические положения Поверка заключается в сравнении расчетного значения относительной погрешности счетчика с допускаемой относительной погрешностью доп при различных значениях тока I и cos.

Значение определяется по формуле:

W W = 100 %, (6.1) W где W – значение электрической энергии, соответствующее показаниям поверяемого счетчи ка;

W0 – действительное значение энергии, прошедшей через счетчик.

Значение доп определяется классом точности счетчика и задается таблицей для раз личных значений тока.

6.2. Порядок выполнения работы 1) Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 6.1. После проверки преподавателем включить установку и прогреть счетчик при его номинальных вторичных параметрах U2ном = 220 В и I2ном = 5 А в течение 5 мин.

2) Установить ток в цепи I = 0,5 А, что соответствует 10 % от номинального вторич ного тока, а фазометром – cos = 1.

Определить энергию, потребляемую в цепи нагрузкой R на высокой стороне:

N Wa =, (6.2) A где N – число импульсов, подсчитанных с помощью счетчика импульсов СТ за время изме рения tи, определенное по электронному секундомеру T;

A – передаточное число счетчика электрической энергии, имп./кВт·ч.

Wh I W A CT V К R V Вкл Откл Т AВС Рис. 6.1. Схема для поверки электронного счетчика Вначале запускается счетчик импульсов, и на любом числе Инач включается секундо мер. Спустя время tи секундомер выключается, фиксируется число импульсов Икон и время tи.

Подсчитывается число прошедших импульсов N = Икон – Инач. (6.3) Рекомендуемые интервалы для выбора времени tи приведены в табл. 6.1.

Т а б л. 6.1.

Время измерения для различных значений тока нагрузки Отношение I 10 20 50 100% I 2 ном Время измерения 540 – 600 240 – 300 150 – 180 90 – tи, с При отсутствии в схеме счетчика импульсов СТ и секундомера Т величина Wв опре деляется по разности показаний счетчика за время tи, определенное по часам.

3) Вычислить энергию, потребляемую на низкой стороне:

Wв Wн =, (6.4) Kсч где Kсч = KU·KI – коэффициент счетчика;

U 1ном KU = ;

(6.5) U 2 ном I 1ном KI =. (6.6) I 2 ном Номинальные параметры и значение передаточного числа А указываются на щитке счетчика.

4) Определить расчетное значение энергии в Вт·с:

W = Wн 3600 1000. (6.7) 5) Для заданных U = 220 В, I = 0,5 А и cos = 1 вычислить действительное значение мощности активной нагрузки R:

P0 = UI cos. (6.8) Сверить полученное значение с показанием ваттметра.

6) Рассчитать действительное значение энергии:

W0 = P0 t и. (6.9) 7) Вычислить относительную погрешность измерения энергии электронным счетчи ком.

8) Провести опыты, описанные в п. 2 – 7 при I = 1;

2,5;

5 А, что составляет 20, 50 и 100% от номинального.

9) Повторить эксперимент при cos = 0,5.

10) Заполнить табл. 6.2.

11) Построить графики (I/I2ном) для каждого значения cos, на которых отметить область допустимых значений доп (I/I2ном) для однофазного электронного счетчика Ф- класса точности 2 в соответствии с табл. 6.3. Сделать выводы по поверке.

Т а б л. 6.2.

Результаты измерений I 100 % Отношение I 2 ном Параметры cos = 1 cos = 0, 10 20 50 100 10 20 50 tи, с N, имп.

Wв, кВт·ч Wн, кВт·ч W, Вт·с W0, Вт·с, % Т а б л. 6.3.

Допустимые погрешности электронного счетчика Ф- Отношение I 100% 2–5 5 – 10 10 – 20 20 – I 2 ном Относительная по ±3,8 ±2,5 ±2,2 ±2, грешность доп,% 6.3. Контрольные вопросы 1) Начертить блок-схему электронного счетчика и объяснить назначение его основ ных элементов.

2) Охарактеризовать метод поверки электронного счетчика.

3) Какие погрешности вносят трансформаторы тока и напряжения в определение энергии Wн, на низкой стороне измерительных преобразователей.

4) Пояснить понятия "передаточное число", "постоянная счетчика", "порог чувствительности счетчика".

3.7. Лабораторная работа Измерение полных сопротивлений электронными приборами Цель работы: знакомство с работой электронного прибора ВМ 507 для измерения полных сопротивлений.

7.1. Основные теоретические положения Электронные аналоговые приборы представляют собой средства измерений, в кото рых преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с помощью ана логовых электронных устройств. Выходной сигнал таких средств является непрерывной функцией измеряемой величины. Электронные приборы применяются при измерении прак тически всех электрических величин. Их использование расширяет функциональные воз можности средств измерений и обеспечивает высокий уровень метрологических характери стик. Широкое применение нашли электронные приборы для измерения сопротивления и фа зы.

Наибольшее распространение получили омметры, схемы которых изображены на рис.

7.1, а, б, где ИСН – источник стабилизированного напряжения со значением на выходе Uo;

У – усилитель постоянного тока;

ОУ – операционный усилитель;

ИМ – измерительный меха низм;

Rx – измеряемое сопротивление;

Ro – образцовое сопротивление;

Ux – напряжение, функционально связанное с измеряемым сопротивлением Rx.

В омметрах, построенных по схеме рис. 7.1, а, используется усилитель с большим внутренним сопротивлением. Угол поворота подвижной части ИМа определяется так:


= k Ux = k Uo Rx / (Ro+Rx), (7.1) где k – коэффициент усиления.

Ro Rx OУ ИСН ИМ Ux Uo Ro а) ИСН У Rx Uo ИМ Ux б) Рис. 7.1. Структурные схемы измерения сопротивления:

а – с операционным усилителем;

б – с усилителем постоянного тока Zx U УО УМ ВМ Г ДРЦ ИМ УМ УО ВМ Ro U Рис. 7.2. Структурная схема измерения угла сдвига фаз В омметрах, построенных по схеме рис. 7.1, б, в цепь обратной связи включено Ro.

Величина коэффициента усиления k и входное сопротивление операционного усилителя вы бираются большими, поэтому потенциалы входов У, определяемые как Ux/k, и входной ток практически равны нулю. Следовательно, токи, проходящие через Ro и Rx, равны и справед ливо соотношение:

Uo/Rx = Ux/Ro, (7.2) откуда следует, что угол поворота подвижной части = Su Uo Ro / Rx, (7.3) где Su – чувствительность ИМ.

При измерении угла сдвига фаз электронными приборами наибольшее распростране ние получил метод преобразования фазового сдвига во временной интервал. Структурная схема такого метода представлена на рис. 7.2.

Синусоидальные сигналы u1 и u2, сдвиг по фазе между которыми измеряется, по даются на входы усилителей-ограничителей (УО), которые преобразуют их в симметричные сигналы прямоугольной формы (рис. 7.3, а, б). Сигналы, полученные с выходов управляемых мультивибраторов, показаны на рис. 7.3, в, г. Они формируют сигналы длительностью Т/2 и сдвинутые друг относительно друга на время Т, пропорциональное сдвигу по фазе. Эти импульсы поступают в дифференцирующую распределительную цепь (ДРЦ), на выходе которой получают остроконечные импульсы одинаковой формы (рис. 7.3, д). Выходные мультивибраторы формируют прямоугольные импульсы длительностью (Т/2 + Т) и (Т/2 Т) (рис. 7.3, е). Показания магнитоэлектрического микроамперметра, включенного по схеме вычитания токов, пропорциональны среднему значению (постоянной составляющей) разности токов (рис. 7.3, ж) выходных мультивибраторов (ВМ) за период сигнала.

Вращающий момент М для выпрямительных приборов определяется по выражению:

2T/ i( t )dt = BSWI cp, M = BSW (7.4) T где Icp – среднее значение тока на периоде Т.

а) б) в) г) д) е) ж) з) и) Рис. 7.3. Временные диаграммы работы измерителя угла сдвига фаз В данном случае показания микроамперметра будут зависеть от скважности импуль сов ( Т/(Т/2) ). При Т = (Т/2) имеем = Т = (Т/2) = =180° или в общем случае:

I 0 T x I I cp = =. (7.5) T / 2 180 o Электронный прибор ВМ507 позволяет производить измерение полных сопротивле ний (импеданса) в диапазоне частот 5 Гц – 500 кГц. Измеряемое сопротивление Z определя ется в виде модуля Z и угла сдвига фаз. Значения этих величин отсчитываются по стре лочным приборам на передней панели прибора. Диапазон Z составляет от 1 Ом до 10 МОм, а диапазон – от –90 до +90°. Прибор может быть использован для прямого измерения L и С.

7.2. Прямое измерение емкости и индуктивности.

При измерении полного сопротивления, имеющего емкостной или индуктивный ха рактер (когда добротность Q 10;

tg 0,1), прибор показывает значение Z = или C Z = L.

Если подобрать частоту генератора f = 10/2 = 1,592, то значение = 2f = 1, следовательно, измеренное значение Z = L или Z = 1/C.

При измерении индуктивности или емкости важно правильно выбирать шкалу отсчета L или С и ее номинальное значение (отмеченное кружком). Так при измерении индуктивно сти следует пользоваться данными табл. 7.1, где определенной частоте и диапазону Z соот ветствует номинальное значение шкалы для измерения индуктивности. Например, если вы бран диапазон Z = 100 Ом, то при частоте 15,92 кГц отсчет индуктивности L выполняется по шкале 100 Ом, номинальному значению шкалы соответствует значение 1 мГн.

При измерении емкости следует пользоваться данными табл. 7.2. Здесь определенной частоте и диапазону Z соответствует номинальное значение шкалы для измерения емкости.

Отсчет значения С производится по шкале, обратной Z. Например, если кнопками выбран диапазон Z = 3 Ом, то при частоте 1,592 кГц отсчет значенияС выполняется по шкале кОм, причем номинальному значению шкалы соответствует значение емкости С = 100 мкФ.

7.3. Порядок выполнения работы 1) Произвести калибровку прибора. Для этого отсоединить провода от входа прибора Zx. Нажать кнопку "Калибровка 1 кОм" (CAL 1 k), затем выбрать и нажать кнопку предела измерения 3 кОм. Ручку "Калибровка" (CALIBRATION Z) установить в крайнее левое поло жение. При этом ко входу прибора подключается внутреннее образцовое сопротивление кОм.

Частота внутреннего генератора устанавливается 1,592 кГц путем выбора диапазона 500 Гц – 5 кГц и установки выделенного значения (красная риска).

Подключить прибор к напряжению сети и нажать кнопку "Сеть" (MAINS). Зажигается контрольная лампа. Приблизительно через 1 мин стрелка прибора Z устанавливается в окре стности значения 9 по шкале 10 Ом, а стрелка прибора находится около нуля. После включения дать прибору прогреться 10 – 15 мин до установления устойчивого значения стрелки прибора Z.

Путем плавного поворота ручки "Калибровка" устанавливается значение Z = 1 кОм, а ручкой "Ноль" (Zero ) устанавливается значение = 0.

Кнопка "Калибровка" выключается, ко входу прибора подсоединяется входной ка бель, прибор готов к измерениям.

2) Произвести измерения предложенных преподавателем неизвестных сопротивлений.

По таблицам для расчета активно-индуктивных сопротивлений определить L (см. табл. 7.1), емкостных – С (см. табл. 7.2). По данным частоты генератора (f) и измеренным значениям модуля (Z) и начальной фазы () произвести проверочный расчет индуктивности и емкости.

Данные измерения и расчета занести в табл. 7.3.

3) Выбрать из табл. 7.3 активно-индуктивное и емкостное сопротивления. Соединить их последовательно. Рассчитать частоту резонанса напряжений из условия:

f0 =. (7.6) 2 LC Т а б л. 7.1.

Измерение индуктивности Диапазон k Z 3 10 30 100 300 1000 3 10 30 100 300 10 Шкала 3 3 3 k 10 k 3 k 10 k 10 k 3 k 3 159 Гц 3 10 30 100 300 1 3 10 30 100 300 мГн мГн мГн мГн мГн Гн Гн Гн Гн Гн Гн Гн 1,59 кГц 300 1 3 10 30 100 300 1 3 10 30 мкГн мГн мГн мГн мГн мГн мГн Гн Гн Гн Гн Гн 15,9 кГц 30 100 300 1 3 10 30 100 300 1 3 мкГн мкГн мкГн мГн мГн мГн мГн мГн мГн Гн Гн Гн Т а б л. 7.2.

Измерение емкости Диапазон k Z 1000 300 100 30 10 3 1000 300 100 30 10 10 Шкала 3 k 10 k 3 k 3 3 10 10 10 k 3 k 10 k 159 Гц 3 10 30 100 300 1000 3 10 30 100 300 мкФ мкФ мкФ мкФ мкФ мкФ нФ нФ нФ нФ нФ мкФ 1,59 кГц 300 1 3 10 30 100 300 1 3 10 30 нФ мкФ мкФ мГн мкФ мкФ пФ нФ нФ нФ нФ Гн 15,9 кГц 30 100 300 1000 3000 10000 30 100 300 1 3 мкФ мкФ мкФ мкФ мкФ мкФ нФ нФ нФ мкФ мкФ мкФ Т а б л. 7.3.

Результаты измерения и расчета полных сопротивлений, f, Z, Измерение Расчет Гц Ом град L, мГн C, мкФ L, мГн C, мкФ Плавно изменяя частоту вблизи значения f0, исследовать частотные характеристики Z(f) и (f) в диапазоне частот, соответствующих изменению угла сдвига фаз от –60 до +60°.

Результат измерения занести в табл. 7.4. Построить зависимости Z(f) и (f). Подобрать f0эксп и сравнить с f0расч.

Т а б л. 7.4.

Исследование резонанса Начальная фаза Модуль сопротивления Частота генератора, град Z, Ом f, Гц – – 7.4. Контрольные вопросы 1) Указать назначение электронного прибора ВМ507. Какие характеристики можно определить при помощи прямых измерений?

2) Провести анализ структурной схемы и временной диаграммы для измерения угла сдвига фаз (см. рис. 7.1 и 7.2).

3) Провести анализ измеренных значений и графика в опыте исследования резонанса напряжения при помощи прибора ВМ507.

4) Объяснить, почему для практических измерений выбирается частота, кратная 1,592.

Объяснить, как пользоваться таблицей для прямых измерений L и С (см. табл. 7.1 и 7.2).

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение Электрические единицы измерения, используемые в электронике Приложение Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов Приложение Сведения об аналоговых электронных вольтметрах некоторых типов Приложение Таблица децибел и отношений напряжений (токов) и мощностей 4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1. Перечень основной и дополнительной литературы 4.1.1. Основная литература:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Хрусталева З.А. Электротехнические измерения. Учебник. М.: Кнорус, 2011.

2. Хрусталева З.А. Электротехнические измерения. Задачи и упражнения. М.: Кнорус, 2011.

3. Казачков В.С., Кузнецов А.А., Петров С.И., Черемисин В.Т. Электротехнические измерения и способы обработки результатов наблюдения. Омск: Омский государственный университет путей сообщения. 2008.

4. Хрусталёва З.А., Парфенов С.В. Электрические и электронные измерения в задачах, вопросах и упражнениях. М. : Издательский центр «Академия», 2009.

4.1.2. Дополнительная литература:

5. Классен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000.

6. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебник B.И. Нефедов [и др.] ;

под. ред. В.И. Нефедова. М. : Высшая школа, 2001.

7. Метрология. Основные термины и определения РМГ29-999. ИПК. М. : Изд-во стандартов, 2000.

8. Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения /под ред. проф.

В.И. Винокурова. М.: Высшая школа, 1986.

9. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи / Б.П. Хромой (и др.), под.

ред. Б.П. Хромого. М. : Изд-во стандартов, 1986.

10. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986.

11. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергии, 1978.

12. Хайт X. Введение в измерительную технику: пер. с нем. М.: Мир, 1999.

4.2. Методические рекомендации преподавателю Основными формами обучения студентов являются: аудиторные занятия, включающие лекции, практические и лабораторные занятия и самостоятельная работа обучающихся.

Тематика лекций, практических и лабораторных занятий соответствует содержанию программы дисциплины.

Лабораторное занятие включает в себя следующие этапы:

– защиту студентами предыдущей лабораторной работы;

– постановка задачи для выполнения лабораторной работы, включая краткие теоретические сведения по рассматриваемому вопросу, обсуждение методики выполнения работы;

– ответы на вопросы студентов;

– подготовка студентами бланков отчетов по выполняемой лабораторной работе;

– осуществление допуска студентов к выполняемой лабораторной работе посредством обсуждения теоретических вопросов по теме занятия;

– непосредственное проведение измерений лабораторной работы;

– подведение итогов занятия.

Для успешного усвоения дисциплины студенты обеспечиваются учебно-методическими материалами по предмету (настоящим учебно-методическим комплексом по дисциплине, включающим в себя тематические планы лекций, руководство по практическим занятиям, лабораторный практикум, а также необходимой учебной и научной литературой). Во время аудиторных занятий проводятся решение задач по заданной тематике, слушание и обсуждение сообщений по самостоятельно изучаемым вопросам, проведение тестирований, защита отчетов по лабораторным работам, ответы на вопросы студентов, включая проведение консультаций.

Самостоятельная работа студентов проводится во внеаудиторное время и включает в себя изучение литературы и конспектов лекций по дисциплине, решение задач, подготовку сообщений по самостоятельно изучаемым вопросам, а также докладов на студенческую конференцию.

Оценка полученных в ходе изучения знаний происходит с помощью контрольных тестирований, результатов работы студента на практических и лабораторных занятиях, выступления с сообщениями по самостоятельно изучаемым вопросам.

По окончании изучения дисциплины проводится итоговый контроль – письменный экзамен по всему курсу.

Используемые активные методы обучения: учебный диалог, дискуссии на заданные темы, обсуждение результатов выполненных лабораторных работ.

4.3. Методические указания студентам по изучению дисциплины При изучении дисциплины «Электротехнические измерения» студенты должны знать условные обозначения и символы основных элементов электротехнических и электронных устройств;

уметь читать электрические схемы и схемы различных электронных устройств и рассчитывать простые электрические схемы постоянного и переменного тока, базовые схемы аналоговых и цифровых устройств.

Аудиторная самостоятельная работа включает:

– дополнительное самостоятельное решение задач по предложенным темам;

– выполнение индивидуальных тестов.

Внеаудиторная самостоятельная работа включает:

– изучение отдельных вопросов дисциплины;

– подготовку отчетов по лабораторным занятиям;

–подготовку сообщений, конспектов лекций по самостоятельно изучаемым вопросам, а также докладов на студенческие конференции.

4.4. Материально-техническое обеспечение дисциплины Средства обучения включают в себя учебную литературу (рекомендованные учебники, учебные и учебно-методические пособия, справочную литературу, наглядные пособия в виде различных компьютерных файлов), персональные компьютеры с установленным прикладным программным обеспечением.

При изучении дисциплины рекомендуется широкое использование информационных технологий, связанное с подготовкой студентов к практическим и лабораторным занятиям, при самостоятельном изучении отдельных вопросов дисциплины.

4.5. Программное обеспечение использования современных информационно коммуникативных технологий При изучении дисциплины современные компьютерные средства и технологии используются при проведении лекционных занятий для презентации учебных материалов, при выполнении студентами лабораторных работ для моделирования различных электрических схем, электронных приборов и устройств, при подготовке студентов к лабораторным занятиям, а также к итоговым формам контроля – экзамену по дисциплине – для изучения учебных материалов. Нашло применение следующее программное обеспечение:

1. Операционная система Microsoft Windows.

2. Пакет Microsoft Office (MS Word, MS Excel, MS PowerPoint).

3. Пакеты ППО машинного моделирования Electronics Workbench.

4. Универсальный математический пакет программ MathCAD 2000.

5. Браузер Internet Explorer.

6. Инженерный калькулятор MS Windows.

Утверждаю Декан ФИТС _ д.т.н., проф. В.В. Иванов "_" 2011 г.

Поволжский государственный университет сервиса Факультет информационно-технического сервиса Кафедра «Современное естествознание»

Технологическая карта дисциплины «Электротехнические измерения» на 2011/12 уч. год экз.

Срок прохождения контрольных точек Кол-во неделя Кол-во баллов февраль март апрель май Виды контрольных № контр. за точек точек контр.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 точку 1 Обязательные:

1.1 Посещение лекций 16 до 1 х х х х х х х х х х х х х х х х Выполн. лаб. раб. и 1.2 7 до 6 х х х х х х х ведение раб. тетр.

1.3 Контр. тестирование 2 до 14 х х х 1 Итог. тестирование 2 Творческий рейтинг:

2.1 Научно-иссл. раб. до 51- Диапазон баллов 26- Диф. зачет ат. нд x преподаватель д.т.н., профессор Козловский В.Н., гр. СПР, СПКС * при условии выполнения всех обязательных контрольных точек студент может получить до 100 баллов, соответствующих оценке:

"удовлетворительно" - (51-66), "хорошо"- (67-86), "отлично"- (87-100), за накопительный экзамен ставится "отлично" ** для получения более высокой оценки студент должен повышать количество баллов за счет участия в творческом рейтинге *** при промежуточной и итоговой аттестации обязательными видами контроля являются пп. 1.1-1.3.

**** за каждое нарушение дисциплины вычитаются до 5 баллов Преподаватель В.Н.Козловский Согласовано: зав. каф._д.п.н., проф. А.И.Бочкарев Учебное издание УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине «Электротехнические измерения»

для студентов технических специальностей СПО Составитель Козловский Владимир Николаевич Издается в авторской редакции.

Подписано в печать с электронного оригинал-макета 01.06.2012.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 12,5.

Тираж 500 экз. Заказ 173/01.

Издательско-полиграфический центр Поволжского государственного университета сервиса.

445677, г. Тольятти, ул. Гагарина, 4.

rio@tolgas.ru, тел. (8482) 222-650.

Электронную версию этого издания вы можете найти на сайте университета www.tolgas.ru в разделе специальности учебно-методическое обеспечение дисциплин.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.