МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

Университет «МИРАС»

 

 

Кафедра «Радиотехники, электроники и телекоммуникации»

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Ректор

__________ Ажидинов А.С.

«____»____________2014г

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям по дисциплине

«Основы электронной и измерительной техники»

для студентов специальности: 5В071900 – «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» очной, заочной и вечерней форм обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Шымкент-2014

УДК 658.012

 

Составитель: Шамшиметов Ф.Т. преподаватель. Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Основы электронной и измерительной техники» для студентов специальности: 5В071900 – «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» очной, заочной и вечерней форм обучения.

Шымкент: Университет «Мирас», 2014, 44 стр.

 

Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Основы электронной и измерительной техники» и включают все необходимые сведения по выполнению тем лабораторных занятий курса.

Методические указания выполнены для студентов специальности 5В071900 – «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» очной, заочной и вечерней форм обучения

 

Рецензент: Сарыбаев А.С., к.т.н., старший преподаватель университета «Мирас»

 

Рассмотрено и рекомендовано к изданию заседанием кафедры «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» протокол № 7 от «04» 02 2014г., методической комиссией университета протокол № 7 от «04» 02 2014г.

 

Рекомендовано к изданию методическим Советом университета «Мирас»

протокол № __ от «___» ___________ 201__г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методические указания является собственностью университета «Мирас» и предназначены для внутреннего пользования

 

УНИВЕРСИТЕТ «МИРАС»

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРЯМЫХ
И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
.....................................................................................................

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ………………

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

МЕТОДЫ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ …………………

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА …………………………………

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

МОСТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА …………………………………………………………………………….

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ…………………………………………. …………....

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ И ПОВЕРКА СЧЁТЧИКА …………………………………………..

8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА…………………

9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРАМИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ………………………………

10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10

ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-НУЛЕВЫМ МЕТОДОМ.…………....…………………………………………… ……………………………………………

11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН ………………………………………………...............

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее пособие вошли двенадцать лабораторных работ по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация» по разделу «Электрические измерения», составленные в соответствии с программой курса.

Пособие содержит материал по лабораторным работам, облегчающий подготовку, выполнение и оформление работ студентами. Описание лабораторных работ включают краткие теоретические сведения, основные формулы, необходимые схемные решения лабораторных установок и план отчетности по результатам выполненных работ. Приводимые теоретические сведения не могут заменить учебников и учебных пособий по соответствующим разделам курса. Поэтому перед выполнением и защитой каждой работы студенту необходимо изучить соответствующий раздел по учебнику.

При подготовке пособия учтены требования нормативных документов и стандартов по оформлению текстовых документов и графических работ.

Требования к отчету. Отчет по лабораторной работе должен выполняться в соответствии с требованиями на листе бумаги формата А4 чернилами (пастой) черного или синего цвета.

Отчет должен иметь титульный лист и включать следующие разделы:

1.  Цель работы.

2.  Метрологическая таблица приборов.

3.  Рабочие схемы экспериментов.

4.  Таблицы результатов измерений и расчетов.

5.  Графики зависимостей в соответствии с заданием к работе.

6.  Выводы по работе.

Все схемы, таблицы и графики необходимо вычерчивать на бумаге формата А4 или на миллиметровой бумаге того же формата. Допускается выполнять схемы и графики на миллиметровой бумаге другого формата, но при этом они должны быть вклеены в соответствующее место отчета. При построении рабочих схем эксперимента необходимо соблюдать правила оформления электрических схем. Для построения графиков необходимо по осям использовать масштабы кратные (1, 2, 5)·10n, где n – целое число (положительное или отрицательное). На осях графиков указываются величины и их единицы. Все графики должны иметь наименование, пояснительный текст. Отдельные листы должны быть сшиты или склеены по левой стороне.

Рекомендации по сборке и включению схем. Сборка рабочей схемы и проведение измерений должны быть произведены с выполнением всех правил техники безопасности. Проведение сборки схемы должно быть осуществлено на рабочем столе или стенде исправными проводами с максимальной доступностью для проведения проверки схемы и снятия показаний приборов. Подключение к источнику питания должно быть осуществлено в последнюю очередь. Включение питания можно осуществлять только после проверки правильности сборки схемы преподавателем или лаборантом.

По окончании работы и проверки результатов измерений произвести выключение источника питания и разборку рабочей схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРЯМЫХ

И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. Основные сведения

Погрешности прямых измерений Погрешность измерений – это отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины. По способу выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерения.

Абсолютная погрешность равна разности между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины, выраженная в единицах измеряемой величины

.    (1.1)

Относительная погрешность �d представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к измеренному значению измеряемой величины, выраженное в процентах

.     (1.2)

Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению прибора

.     (1.3)

Согласно ГОСТ 8.401-80 средствам измерений присваивают определённые классы точности. Классы точности выражаются одним числом, выражаемым из ряда 1·10n; 1,5·10n; 2·10n; 2,5·10n; 4·10n; 5·10n; 6·10n, где n = 1; 0; -1; -2 и т. д.

Классом точности средств измерения называется обобщенная его характеристика, определяемая пределами допускаемых основной погрешности и погрешностей, названных изменением значений влияющих величин.

Большинству аналоговых электроизмерительных приборов присваивается класс точности, определяемый основной наибольшей допустимой приведенной погрешностью

,    (1.4)

где – предел допустимой максимальной абсолютной погрешности измерения.

У приборов, класс точности которых выражается одним числом, основная приведенная погрешность прибора в рабочем диапазоне рабочей шкалы, выраженная в процентах, не должна превышать значения, соответствующего класса точности.

Косвенные измерения. Это измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами , ,…, определяемыми прямыми измерениями, т. е.

Очевидно, что абсолютная погрешность измеряемой величины является функцией абсолютных погрешностей прямых измерений

   .

 

В простейшем случае для одной переменной в результате измерения получим

 

.

Разложим правую часть в ряд Тейлора и сохраним члены разложения, содержащие в первой степени:

   ,

отсюда абсолютная погрешность имеет вид:

.

Относительная погрешность определяется выражением

В общем случае для функции абсолютную погрешность результата косвенных изменений определяют выражением

относительную

.

Пример. Записать формулу для расчета абсолютной погрешности косвенного измерения мощности постоянного тока по показаниям амперметра I и вольтметра U

 

 

1.2. Задание

1. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 1.1.

2. Снять показания приборов при двух значениях нагрузки, указанных преподавателем.

3. По результатам измерений вычислить относительную погрешность по формуле (1.2), приняв абсолютную погрешность максимальной из формулы (1.4).

 

 

Рис. 1.1. Схема косвенного измерения параметров электрической цепи

4. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 1.1.

5. Рассчитать полное Z , активное R и реактивное XC сопротивления, коэффициент мощности cos �j, полную S и реактивную Q мощности по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра.

6. Записать расчётные формулы и результаты расчётов абсолютной ∆A и относительной δ погрешностей, воспользовавшись результатами расчётов табл. 1.1. Результаты вычислений занести в табл. 1.2.

 

Таблица 1.1

Результаты расчётов и исходные данные

 

Наименование прибора

Класс точности прибора, %

Предел измерения прибора,

А, В, Вт

Показание прибора,

А, В, Вт

,

А, В, Вт

,

%

Амперметр

Вольтметр

Ваттметр

Фазометр

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

Результаты расчетов

 

Параметры электрической цепи

Погрешности косвенных измерений

Наименование

Расчетная формула

Результаты расчётов

Расчётные

формулы

Результаты

расчетов

�DA

δ, %

�DA

δ, %

S

Q

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Какие виды погрешностей измерения вы знаете:

– по способу числового выражения;

– в зависимости от источника возникновения;

– по закономерности проявления?

2. Как устанавливаются классы точностей для различных типов средств измерений?

3. Определить класс точности миллиамперметра с пределом измерения 0,5 мА для измерения тока 0,1 ... 0,5 мА так, чтобы относительная погрешность измерения тока не превышала 1 %.

 

Лабораторная работа № 2
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

2.1. Основные сведения

1. В цепях постоянного тока для расширения пределов измерения применяют добавочные резисторы и шунты совместно с прибором магнитоэлектрической системы.

Добавочные резисторы, включенные последовательно с измерительным механизмом, образуют делитель напряжения. Они изготавливаются из манганиновой проволоки.

Добавочные резисторы бывают щитовыми и переносными, калиброванными и ограничено взаимозаменяемыми, т. е. такими, которые предназначены для приборов определенного типа, имеющих одинаковые электрические параметры. Добавочные резисторы применяются для напряжений до 30 кВ постоянного и переменного тока частот от 10 Гц до 20 кГц.

По точности добавочные резисторы разделяются на классы 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0.

Для измерения напряжения применяется схема, изображённая на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1. Магнитоэлектрический прибор с добавочным сопротивлением

 

Ток полного отклонения рамки прибора

где – сопротивление измерительного механизма; – добавочное сопротивление из манганина; – измеряемое напряжение, отсюда

 

 

где – коэффициент расширения предела измерения прибора по напряжению.

2. Приборы магнитоэлектрической системы прямого включения в цепь измеряют малые токи (микро- и миллиамперметры с пределами измерения до 50 мА).

Для измерения больших значений токов применяют шунты – специальные резисторы , включённые в цепь измеряемого тока параллельно с измерительным прибором (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2. Магнитоэлектрический прибор с шунтом

 Шунты изготовляются из манганина. На небольшие токи (до 30 А) шунты обычно размещаются в корпусе прибора (внутренние шунты); на большие токи (до 7500 А) применяются наружные шунты. Наружные шунты имеют две пары зажимов: токовые и потенциальные. Токовые зажимы служат для включения шунта в цепь с измеряемыми параметрами; к потенциальным зажимам, сопротивление между которыми равно , подключают измерительный механизм прибора.

Наружные (взаимозаменяемые) шунты разделяются на классы точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5.

Условием параллельной работы шунта и измерительного прибора является равенство напряжений Эти напряжения, согласно государственного стандарта, имеют значения 30, 45, 60, 75 мВ.

Измеряемый ток в цепи определяется по первому закону Кирхгофа

отсюда или .

Таким образом, сопротивление шунта можно определить по формуле

 

где – коэффициент шунтирования.

3. В цепях переменного тока низкого напряжения расширение пределов по напряжению осуществляется с помощью добавочных сопротивлений, а по току – секционированием катушек приборов и применением измерительных трансформаторов тока.

В установках высокого напряжения включение измерительных приборов осуществляется через измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Схема включения приборов с измерительными трансформаторами

 

Измерительные трансформаторы подразделяются на лабораторные и стационарные. Они выпускаются на область номинальных частот от 25 Гц до 10 кГц.

Лабораторные измерительные трансформаторы тока производятся на различные номинальные значения первичного тока, лежащие в пределах от 0,1 А до 30 кА, и номинальные значения вторичного тока 5 А. Для них установлены классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1 и 0,2. Стационарные измерительные трансформаторы тока изготавливаются на номинальные первичные токи от 1 А до 40 кА и номинальные вторичные токи – 1; 2; 2,5; 5 А. Для них установлены классы точности 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10,0.

Стационарные измерительные трансформаторы напряжения делятся на классы точности 0,5; 1,0 и 3,0, а лабораторные – на классы 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Стационарные трансформаторы напряжения изготовляются на номинальные напряжения от 127 В до 35 кВ при вторичном напряжении 150, 100 и В.

Значения электрических величин с первичной стороны определяются как

где и – номинальные коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

Погрешности, вносимые в измерение трансформаторами, определяются как

.

 

2.2. Задание

1. Произвести увеличение предела измерения магнитоэлектрического прибора в «m» раз по напряжению (по заданию преподавателя). Рассчитать значение добавочного резистора Rд. Собрать схему, изображённую на рис. 2.1. Определить погрешность, вносимую добавочным резистором

 

где – показание вольтметра; – показание прибора с добавочным резистором Rд. Результаты расчётов и наблюдений записать в табл. 2.1.

 

Таблица 2.1

Результаты расчётов и измерений

U0 ,

В

CU, В/дел

R0,

Ом

m

Rд,

Ом

,

В

U,

В

,

В/дел

�d,

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Произвести увеличение предела измерения данного прибора в «n» раз по току. Рассчитать необходимое для этого значение сопротивления шунта Rш. Собрать схему, изображённую на рис. 2.2. Установить реостатом необходимое значение тока по амперметру

Определить погрешность, вносимую шунтом

 

где – показание амперметра; – показание прибора с шунтом. Результаты расчётов и наблюдений записать в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Результаты расчётов и наблюдений

I0,

А

CI, А/дел

R0,

Ом

n

Rш,

Ом

I,

А

,

А

,

А/дел

�dI,

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Собрать схему, изображённую на рис. 2.3. Определить погрешности, вносимые измерительными трансформаторами тока и напряжения. Результаты расчётов и наблюдений записать в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Результаты расчетов и наблюдений

U2,

В

I2,
А

P2, Bm

I1,

А

U1,

В

KUH

KIH

,

В

,

А

, Bm

�dU, %

�dI,

%

�d Р,

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Почему не применяются шунты в цепях переменного тока?

2. Какие еще способы решения пределов измерения приборов применяются?

3. Какие номинальные параметры имеют шунты и добавочные сопротивления согласно государственному стандарту?

4. Почему не применяются добавочные сопротивления в высоковольтных цепях переменного тока?

5. Какие значения тока и напряжения можно измерить с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения?

 

Лабораторная работа № 3
МЕТОДЫ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

4.1. Основные сведения

Поверкой средств измерений называют определение погрешностей средства и установление его пригодности к применению. Различают несколько методов поверки средств измерений.

Метод совпадений. В основе поверки методом совпадения лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым прибором и образцовым средством измерения. Соотношение пределов допускаемых абсолютных основных погрешностей образцовых средств измерений и поверяемых приборов для каждой поверяемой отметки шкалы должно быть не более 1/5 при поверке всех классов точности.

При определении основной погрешности указатель поверяемого прибора необходимо последовательно устанавливать на поверяемые отметки шкалы с начала при плавном увеличении измеряемой величины, а затем на те же отметки при плавном уменьшении измеряемой величины. Для всех поверяемых отметок по образцовому средству измерений определяют действительные значения измеряемой величины (рис. 4.1 и 4.2).

 

Рис. 4.1. Схема поверки вольтметра методом совпадений

Рис. 4.2. Схема поверки

миллиамперметра методом совпадений

 

Нулевой или компенсационный метод. Работа потенциометра основана на компенсационном методе измерения, который заключается в следующем (рис. 4.3).

 

 

Рис. 4.3. Структурная схема потенциометра

 

   Две независимые величины и включаются встречно. Схема сравнения (СС) выделяет разность , которая подаётся на нуль-индикатор. Значение изменяется до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет ноль. Тогда .

   При измерении напряжения компенсационным методом встречно включаются два напряжения: воспроизводимое мерой и измеряемое. В качестве нуль-индикатора используется стрелочный магнитоэлектрический гальванометр.

Принцип действия потенциометра постоянного тока. На рис. 4.4 показана принципиальная схема потенциометра.

Образцовые резисторы RУ, RИ , RР и Евсп образуют рабочую цепь потенциометра. Измерение напряжения осуществляется в следующем порядке: переключатель гальванометра устанавливают в положение «нор­маль­ный элемент». Переключатель расположен в левом нижнем углу на панели прибора. На схеме соответственно в левое положение (рис. 4.4). Изменяя значение RР, добиваются нулевого показания гальванометра. Четыре рукоятки сопротивления RР расположены в левом верхнем углу на панели потенциометра. В этом случае происходит компенсация эдс нормального элемента падением напряжения на сопротивлении

   или       ,

 

т. е. устанавливается рабочее значение тока. Рукоятка сопротивления RУ находится на панели рядом с переключателем. Сопротивление имеет регулируемую часть для поправки значения эдс EN на температуру окружающей среды. На этом первый этап заканчивается.

 

 

Рис. 4.4. Принципиальная схема потенциометра: ЕN – нормальный элемент; Евсп – вспомогательная батарея;

RУ – установочное сопротивление; RИ – измерительное сопротивление; RР регулировочное сопротивление

 

 

Рис. 4.5. Схема поверки потенциометра

 

Затем переключатель П переводят в положение Х1. Рабочий ток на сопротивлении RИ создаёт падение напряжения направленное встречно измеряемому напряжению. Изменением значения RИ добиваются нулевого показания гальванометра. При этом

или .

Таким образом, измеряемое напряжение пропорционально значению части RИ при постоянстве рабочего тока, поэтому сопротивление градуируется в значениях измеряемого напряжения (шесть больших рукояток магазина сопротивлений).

 

Рис. 4.6. Делитель напряжения


Непосредственно потенциометром можно измерить значение напряжения до 2 В. Для расширения предела измерения применяется специальные делители напряжения (рис. 4.6).

 

4.2. Задание

   1. Собрать поочередно схемы (рис. 4.1, 4.2, 4.5). Произвести поверку лабораторного вольтметра и миллиамперметра:

– поверку производить при регулировке напряжения и тока от начальной точки шкалы вольтметра и миллиамперметра до конечной и обратно по всем оцифрованным отметкам;

– определить внутреннее сопротивление вольтметра и миллиамперметра;

– результаты наблюдений и вычислений занести в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

Результаты расчёта и наблюдений

Показания

вольтметра

Показания потенциометра

Uд

�DU

K

в

�d

�gпр

Увеличение напряжения

Уменьшение напряжения

В

В

В

В

В

В

%

%

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание. Uд – действительное значение измеряемого напряжения (определяется как среднее значение показаний потенциометра); – абсолютная погрешность вольтметра; – поправка к показанию вольтметра; – относительная погрешность вольтметра; относительная приведённая погрешность вольтметра; UН – номинальное напряжение поверяе­мого   вольтметра; – максимальная абсолютная погрешность по модулю; – вариация показаний.

 

2. В отчёте должны быть представлены схемы (рис. 4.1, 4.2, 4.4, 4.5, 4.6), кривая поправок и вывод о результатах поверки вольтметра.

 

Контрольные вопросы

1. Что называется классом точности прибора?

2. К какому классу точности принадлежат образцовые и поверяемые приборы?

3. Как осуществить поверку образцового ваттметра?

4. Можно ли компенсатором измерить ток или сопротивление?

 

Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

5.1. Основные сведения

Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования больших значений токов к уровням, допускаемым для измерения приборами со стандартным номинальным значением 5А. Кроме того, измерительный трансформатор тока в высоковольтных цепях применяется для защиты измерительных приборов и персонала от высокого напряжения. В этом случае отсутствует электрическая связь высоковольтной и измерительной цепи.

Измерительные трансформаторы тока по режиму работы отличаются от обычных силовых трансформаторов. Первичная обмотка имеет небольшое число витков, иногда даже один виток. Начало и конец её обозначаются буквами Л1 и Л2. Она включается последовательно с приёмником электрической энергии. Зажимы вторичной обмотки обозначаются буквами И1 и И2 и замыкаются на малое сопротивление измерительных приборов, обычно 0,2 ... 0,8 Ом, поэтому режим работы трансформатора тока близок к режиму короткого замыкания. Во вторичную обмотку трансформатора включаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счётчиков, фазометров. Число включаемых последовательно приборов ограничивается допустимым сопротивлением вторичной обмотки, которое указано в паспорте трансформатора.

Класс точности трансформатора определяется наибольшими допустимыми токовыми и угловыми погрешностями. По показаниям приборов, включённых во вторичную обмотку, определяют значения измеряемых величин

 

где KI – действительный коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации зависит от режима работы трансформатора, который, в свою очередь, зависит от значения измеряемого тока, от значения нагрузки во вторичной цепи, поэтому показания приборов умножаются не на действительный, а на номинальный коэффициент трансформации, который всегда считается постоянным

 

      

 

где I1H и I2H номинальные токи соответственно первичной и вторичной обмоток.

Относительная токовая погрешность для измерительного трансформатора тока определяется

Угловой погрешностью трансформатора тока называется угол между вектором первичного тока и повёрнутым на 180о вектором вторичного тока. Она считается положительной, когда повернутый на 180о вектор I2 опережает I1. Угловую погрешность следует учитывать при работе трансформатора с приборами, в показание которых входит угол сдвига фаз между током и напряжением (ваттметры, счётчики, фазометры).

Для измерения больших постоянных токов применяются трансформаторы постоянного тока (рис. 5.1).

 

 

Рис. 5.1. Схема трансформатора постоянного тока

 

Они представляют собой два одинаковых магнитопровода с двумя обмотками. Первичные обмотки соединяются согласно и подключаются к цепи с измеряемым постоянным током. Две вторичные обмотки соединяются встречно и подключаются к источнику вспомогательного переменного напряжения, последовательно с ними включается мостовая выпрямительная схема с магнитоэлектрическим прибором в диагонали. Показания прибора пропорциональны значениям постоянного тока.

В течение одного полупериода в одном магнитопроводе потоки Фи Ф~ направлены в одну сторону. Постоянный магнитный поток Фнасыщает магнитопровод и его состояние характеризуется точкой А (рис. 5.2) на кривой намагничивания.

В том магнитопроводе, в котором Фи Ф~ направлены в одну сторону, практического изменения состояния сердечника не происходит, так как он насыщен Н1. В этот же полупериод в другом магнитопроводе Фи Ф~ направлены навстречу и суммарный поток определяется их разностью Н2. При этом резко меняется состояние магнитопровода, увеличивается магнитная проницаемость и появляется эдс, уравновешивающая приложенное напряжение и препятствующая росту тока i2. При этом (рис. 5.3). Если ток I увеличивается, то точка А сместится вправо по кривой намагничивания и ток i2 будет возрастать до большого значения, так как ограничивающая его эдс будет возникать при другом значении напряжённости, определяемой равенством . Так будет происходить, если кривая В(Н) будет иметь вид, показанный на рис. 5.3, но в связи с тем, что действительная кривая В(Н) (рис. 5.2) отличается от идеальной, появляется погрешность.

 

Рис. 5.2. Намагничивание

магнитопровода

Рис. 5.3. Построение

кривой вторичного тока

 

 

Рис. 5.4. Схема поверки трансформатора тока:

ТТ1 – образцовый; ТТ2 – поверяемый трансформатор тока

 

5.2. Задание

1. Собрать схему (рис. 5.4).

2. Произвести поверку трансформатора тока при номинальной нагрузке и при нагрузках, заданных преподавателем.

3. Исследовать зависимость погрешности поверяемого трансформатора от сопротивления вторичной цепи при номинальном первичном токе.

4. Результаты наблюдений и вычислений записать в табл. 5.1 (количество табл. 5.1 соответствует количеству нагрузок вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, т. е. 5).

Таблица 5.1

Результаты наблюдений и вычислений

I, А

IX, А

�DI, А

δ,%

RH, Ом

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

Примечание. I и IX – показания амперметров, подключаемых соответственно к образцовому и поверяемому трансформаторам. По результатам исследования построить зависимости (количество точек определяется из соотношений каждой пятой строки табл. 5.1)

и .

 

5. Исследовать работу трансформатора постоянного тока. Собрать схему (рис. 5.5). Снять зависимость I~= f (I_). Для этого необходимо:

– установить I~ на первой оцифрованной отметке шкалы при отключенном источнике постоянного тока;

– установить I на каждой оцифрованной отметке шкалы прибора и измерить I~.

Построить зависимость I~= f (I_).

 

Рис. 5.5. Схема поверки трансформатора постоянного тока

 

Контрольные вопросы

1. Назначение измерительных трансформаторов тока.

2. При каких измерениях сказывается влияние угловой погрешности?

3. Чем опасен режим холостого хода измерительного трансформатора тока?

4. По каким параметрам выбирается измерительный трансформатор тока?

 

Лабораторная работа № 5
МОСТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

6.1. Основные сведения

Условием равновесия мостовой схемы является равенство произведений сопротивлений противоположных плеч. Для схемы рис. 6.1 это условие выражается уравнением

 

,    (6.1)

из которого следуют формулы для определения неизвестных параметров конденсатора

 

    .           (6.2)

Аналогичные выражения можно записать и для схемы, предназначенной для измерения сопротивления и индуктивности катушки (рис. 6.2)

 

. (6.3)

 

Рис. 6.1.Схема моста для измерения

 

Рис. 6.2. Схема моста

для измерения индуктивности

 

Равновесие моста в процессе измерения добиваются путем измерения сопротивлений и . Режим равновесия наступает при нулевом показании нуль-индикатора (НИ).

Для измерений в лабораторных условиях параметров различных элементов выпускаются универсальные мосты. Обычно универсальный мост содержит набор образцовых резисторов и конденсаторов, из которых с помощью переключателя выбора типа измеряемого объекта составляются схемы рис. 6.1 или 6.2.

Значения сопротивления R3 и образцовой ёмкости C0 определяются диапазоном измерения и выбираются обычно переключателем «МНОЖИ­ТЕЛЬ». Более точное уравновешивание моста осуществляется переменными сопротивлениями R2 и R0, рукоятки которых выведены на панель моста и отмечены надписями «ОТСЧЁТ» и «ФАЗА» соответственно.

При таком методе уравновешивания активное сопротивление измеряемого объекта зависит от двух измеряемых резисторов R2 и R0 (6.2), (6.3), что не позволяет получить значение RX непосредственным отсчётом. Вместо RX в универсальных мостах измеряются тангенс угла потерь конденсатора

(6.4)

и добротность катушки

.    (6.5)

Если в формулу (6.4) подставим выражение (6.2), получим

 

 

откуда видно, что R0 можно проградуировать в единицах tgδ.    

Аналогичное выражение можно получить и для добротности катушки.

Нуль-индикатор моста переменного тока должен обладать высокой чувствительностью и большим входным сопротивлением. В универсальных мостах нуль-индикатором служит электронный усилитель с прибором выпрямительной системы на выходе. В качестве нуль-индикатора можно применять электронный осциллограф.

Питание мостов переменного тока обычно осуществляется напряжением частотой 100,1000 Гц и выше.

 

6.2. Работа с универсальным мостом

1. Включить прибор в сеть 220 В и дать ему прогреться в течение 5 минут.

2. Подключить измеряемый объект к клеммам C-L-R .

3. Переключатель C , L, ~ R, =R установить в положение, соответствующее измеряемой величине, переключатель «ЧАСТОТА» Hz – в положение 1000. Ручку Q, tgδ поставить в положение Q при измерении индуктивности и в положение tgδ при измерении емкости.

4. Ручкой «ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ИНДИКАТОРА» установить стрелку индикатора во второй половине шкалы.

5. Переключателем «МНОЖИТЕЛЬ» добиваются минимального показания прибора.

6. Ручками «ОТСЧЁТ» и «ФАЗА» добиваются равновесия моста.

7. По шкалам прибора произвести отсчёт измеряемых величин CX и tgδ или LX и Q.

 

6.3. Применение электронного осциллографа в качестве нуль-индикатора

1. Включить осциллограф и дождаться появления на экране устойчивого светового изображения (точки или прямой линии).

2. Ручку «УСИЛЕНИЕ Х» поставить в крайнее левое положение.

3. Подключить вход «Y» осциллографа к диагонали мостовой схемы. При этом на экране появится вертикальная линия.

4. Ручкой «УСИЛЕНИЕ Y» добиться, чтобы изображение заняло большую часть экрана.

5. В процессе уравновешивания моста высота изображения уменьшается. Момент равновесия определяется по минимальной длине вертикального отрезка. Ручку «УСИЛЕНИЕ Y» в процессе измерения постепенно переводить в положение минимальной чувствительности (крайнее правое положение).

 

6.4. Задание

1. Измерить параметры предложенных конденсаторов и катушек индуктивности универсальным мостом.

2. Измерить параметры предложенных конденсаторов и катушек с помощью мостовых схем. Схему собрать из магазинов сопротивлений и магазина емкости. В качестве нуль-индикатора использовать осциллограф. Напряжение для питания моста частотой 1000 Гц подавать с измерительного генератора.

Результаты измерений и вычислений занести в табл. 6.1 и 6.2.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.1

Результаты измерения параметров катушек

 

Универсальный мост

Мостовая схема

LX,

мГн

Q

RX,

Ом

R0,

Ом

C0,

мкФ

R2,

Ом

R3,

Ом

LX,

мГн

RX,

Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.2

Результаты измерения параметров конденсаторов

Универсальный мост

Мостовая схема

CX ,

мкФ

tg�d

RX ,

Ом

C0 ,

мкФ

R0 ,

Ом

R2 ,

Ом

R3 ,

Ом

CX ,

мкФ

RX ,

Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Какие приборы можно применять в качестве нуль-индикатора в мостах переменного тока?

2. Можно ли, изменяя параметр лишь одного элемента, добиться равновесия моста переменного тока?

3. Как измерить взаимную индуктивность с помощью моста переменного тока?

4. Почему универсальные мосты измеряют не активные сопротивления, а добротность катушки или тангенс угла потерь конденсатора?

5. Определить значения сопротивлений плеч уравновешенного моста, если C0 = 1 мкФ, CX = 2,75 мкФ, а tgδ = 0,1 на частоте 1000 Гц.

6. Составить схему моста для измерения ёмкости и угла потерь конденсатора с большими потерями.

 

Лабораторная работа № 6
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

7.1. Общие сведения

В лабораторной работе исследованы некоторые методы измерения мощности. Остальные методы необходимо освоить студентам по учебнику (конспекту лекций). Применение метода зависит от вида соединения и симметрии трехфазной цепи.

 

Измерение активной мощности. Метод двух ваттметров применяется независимо от схемы соединений нагрузки и её симметрии (рис. 7.1). В лабораторной работе необходимо исследовать метод с применением измерительных трансформаторов тока.

 

Рис. 7.1. Схема измерения активной мощности двумя ваттметрами

 

Активная мощность нагрузки определяется как алгебраическая сумма показаний ваттметров

 

где и – углы отклонения стрелок приборов, в делениях; – цена деления (постоянная прибора), Вт/дел; коэффициент трансформации тока .

По показаниям приборов определяется средний по фазам нагрузки tg�j:

.

 

Измерение реактивной мощности осуществляется при помощи ваттметров, включённых по специальным схемам.

При полной симметрии трёхфазной цепи реактивную мощность можно измерить одним ваттметром, включённым по схеме рис. 7.2.

Векторная диаграмма цепи имеет вид, представленный на рис. 7.3.

 

Рис. 7.2. Схема включения ваттметра

для измерения реактивной мощности

Рис. 7.3. Векторная

диаграмма

 Показание ваттметра, с учётом векторной диаграммы, будет

 

.

 

Для получения реактивной мощности показание ваттметра умножается на .

 

7.2. Задание

1. Собрать схему рис. 7.1. Изменяя величину емкостной нагрузки, получить положительное, нулевое и отрицательное значения одного из ваттметров. Второй ваттметр будет давать только положительные значения.

В отчёте представить векторную диаграмму трёхфазной цепи для произвольного значения нагрузки. На диаграмме изобразить векторы токов и напряжений обмоток обоих ваттметров, а также углы между ними:

– вычислить значения активной мощности и tg�j;

– результаты измерений и вычислений занести в табл. 7.1.

2. Собрать схему рис. 7.4. На схеме параллельно асинхронному двигателю АД включается ламповый реостат R.

Таблица 7.1

Результаты измерений и вычислений

Номер
исследов.

�a1 ,

дел.

�a2 ,

дел.

Свт, Вт/дел.

P1,

Вт

P2,

Вт

P,

Вт

tg�j

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7.4. Схема включения ваттметров

для измерения активной и реактивной мощностей

 

Измерить активную и реактивную мощность холостого хода асинхронного двигателя. Изменяя симметрично нагрузку лампового реостата, снять показания ваттметров. Объяснить зависимость между их показаниями. Вычислить активную, реактивную мощности и tg�j.

Результаты измерений и вычислений занести в табл. 7.2.

Представить векторную диаграмму, на которой изобразить векторы тока и напряжения обмоток ваттметра W3, а также угол между ними.

 

Таблица 7.2

Результаты измерений и вычислений

Номер
исследов.

�a1,

дел.

�a2, дел.

�a3, дел.

Свт, Вт/дел

P1,

Вт

P2,

Вт

P3,

Вт

P,

Вт

Q, ВАр

tg�j

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание: , .

 

Контрольные вопросы

1. Какие ещё методы измерения активной и реактивной мощностей существуют?

2. Как определить цену деления ваттметра, включённого через трансформатор тока?

3. Как измерить активную мощность симметричной трехфазной цепи при отсутствии нулевого провода одним ваттметром?

4. Как включается в цепь трехфазный ваттметр?

Лабораторная работа № 7
ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

И ПОВЕРКА СЧЁТЧИКА

8.1. Основные сведения

Для счётчиков переменного тока используются индукционные измерительные механизмы. Отсчёт энергии в таких счётчиках производится по показаниям механизма – счётчика оборотов

 

 

Единице электрической энергии 1 кВт�Чч, регистрируемой счётным механизмом, соответствует определённое число оборотов диска счётчика. Это соотношение называется передаточным числом А и указывается на счётчике – 1 кВт�Чч = N0 оборотов диска.

Величина, обратная передаточному числу, т. е. энергия, регистрируемая счётчиком за 1 оборот, называется номинальной постоянной счётчика

, Вт�Чс/об.

Под действительной постоянной счётчика понимается количество энергии, действительно израсходованной в цепи за время одного оборота диска счётчика. Эта энергия измеряется образцовыми приборами, например, ваттметром и секундомером. Действительная постоянная счётчика, в отличие от номинальной, зависит от режима работы счётчика, а также от внешних условий. Зная значения постоянных C0 и C, можно определить относительную погрешность счётчика

 

, (8.1)

 

где WX – энергия, измеренная счётчиком; W – действительное значение энергии, израсходованной в цепи.

Поверку счётчиков осуществляют, согласно требованиям ГОСТ 14767-89. Перед определением погрешностей (в целях прогрева измерительного механизма) счётчик должен находиться в течение 15 минут под номинальным напряжением и номинальным током. Счётчик активной энергии при этом должен работать при cos�j = 1, а счётчик реактивной энергии – при sin �j = 1. При этом записывают промежуток времени, в течение которого счётчик прогревался, и показания счётного механизма до и после прогрева. Эти данные предназначаются для контроля правильности работы счётного механизма: произведение средней мощности нагрузки на время работы счётчика должно равняться разности показаний счётного механизма на один знак низшего разряда. Погрешность счетчика определяется

 

. (8.2)

У каждого счётчика определяют отсутствие самохода и порог чувствительности.

Отсутствие самохода у счётчиков переменного тока проверяют при напряжении равном 110 % от номинального значения. При этом диск счётчика должен сделать не более одного полного оборота при отсутствии тока в цепи последовательной обмотки. Время определения отсутствия самохода должно быть не менее 10 минут.

Порог чувствительности определяют при номинальном напряжении. Под порогом чувствительности счётчика понимают минимальный ток в процентах от номинального, при котором диск при номинальном значении напряжения, номинальной частоте и cos�j = 1 начинает безостановочно вращаться.

 

8.2. Задание

1. Ознакомиться со схемой рис. 8.1.

 

 

Рис. 8.1. Схема поверки однофазного счётчика активной энергии

 

2. Установив заданную нагрузку, отсчитать по секундомеру время t (не менее 50–60 с), в течение которого диск сделает целое число оборотов, и произвести запись показаний ваттметра. Измерение времени при одной и той же нагрузке и при одном и том же числе оборотов N произвести не менее 2 раз. За действительное значение времени принять среднее арифметическое.

3. Результаты поверки счётчика представить в виде табл. 8.1. Поверку произвести дважды: при cos�j = 1 и cos �j = 0,5.

4. Сделать выводы по результатам поверки.

5. Построить нагрузочную кривую счётчика. Объяснить характер её изменения.

 

 

Таблица 8.1

Результаты поверки счётчика

Поверка счётного механизма

Поверка счётчика

P,

Вт

Показания счетчика

T,

мин

Нагрузка

С0,

Вт�Чс/об

P,

Вт

N,

об

t,

с

W,

Вт�Чс

C,

Вт�Чс/об

�d,

%

Пуск,

кВт�Чч

Останов,

кВт�Чч

%

А

 

 

 

 

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Для чего применяется разделение цепей тока и напряжения при поверке счётчика?

2. Как устраняется самоход счётчика?

3. Чему равен вращающий момент счётного механизма?

4. Как осуществляется регулировка угла сдвига фаз между магнитными потоками в счётчике?

 

Лабораторная работа № 8
ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

9.1. Основные сведения

Электронно-лучевые осциллографы – это приборы для визуального наблюдения формы кривой электрических сигналов и измерения их параметров.

Широкое применение осциллографов объясняется рядом их преимуществ: высокой чувствительностью, малым собственным потреблением мощности от измеряемой цепи, широким частотным диапазоном и универсальностью (по видам измерений).

Значения параметров, определяющих метрологические характеристики осциллографов, в зависимости от класса точности, согласно ГОСТ 22737-77 «Осциллографы электронно-лучевые», представлены в табл. 9.1.

 

 

Таблица 9.1

Нормы основных погрешностей

электронно-лучевых осциллографов

 

Основная погрешность измерения

Номера для осциллографов

класса точности

1

2

3

4

Напряжения, % не более

Временных интервалов, % не более

3

3

5

5

10

10

12

12

 

Устройство и принцип работы осциллографа. В основу работы электронно-лучевого осциллографа положено управление движением луча электронов воздействием на него исследуемым сигналом. Структурная схема осциллографа изображена на рис. 9.1.

Исследуемый сигнал подается на гнездо « 1Мц,40рF». При помощи входного аттенюатора, который представляет собой частотно-ком­пенсированный делитель напряжения, выбирают величину сигнала, удобную для наблюдения и исследования на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Канал вертикального отклонения луча усиливает сигнал до необходимой величины перед поступлением его на вертикально-отклоняющие пластины. Для возможности исследования и наблюдения переднего фронта коротких импульсов в канале «Y» используется линия задержки. Из канала «Y» исследуемый сигнал поступает на вход системы синхронизации и запуска развертки. Для запуска развертки может быть использован внешний сигнал, поданный на гнездо входа синхронизации « синхр».

 

 

Рис. 9.1. Структурная схема осциллографа

 

Пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки, усиливается до необходимой величины и подаётся на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ. В осциллографе предусмотрена возможность поступления внешнего сигнала на усилитель развертки при подаче его на гнездо « Х». В этом случае усилитель развертки отключается от схемы синхронизации.

 

Рис. 9.2. Вид напряжения

генератора развертки

 

Исследуемое напряжение является функцией времени u = f(t), отображаемой в прямоугольной системе координат. Для получения равномерной шкалы оси времени необходимо, чтобы электронный луч отклонялся в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. Для этой цели подается на пластины «Х» пилообразное напряжение генератора развертки, которое с постоянной скоростью отклоняет луч слева направо на всю ширину экрана и потом быстро возвращает его влево (рис. 9.2). Во время обратного хода луча на модулятор трубки (сетку) подаётся отрицательный импульс, благодаря чему электронный луч прерывается, его обратный ход не виден. Наблюдаемое на экране изображение называется осциллограммой.

Смещение пятна на экране трубки по вертикали l при изменении приложенного к отклоняющим пластинам напряжения U на 1В называется чувствительностью трубки по напряжению, мм,

 

.

 

Чувствительность современных трубок лежит в пределах 0,1–1,0 мм/В.

Для получения неподвижного изображения на экране необходимо синхронизировать исследуемое напряжение и напряжение генератора развертки, т. е. добиться условия, чтобы период развертки был равен или кратен периоду исследуемого сигнала. Если период развертывающего напряжения в n раз больше периода исследуемого сигнала, то кривая на экране охватит n периодов. Синхронизация достигается регулированием частоты генератора развёртки.

 

Подготовка осциллографа к измерениям

 

Установите перед включением прибора органы управления на передней панели в следующие положения:

«ЯРКОСТЬ»       – в крайнее левое;

«ФОКУС»               – в среднее;

«ВОЛЬТ/ДЕЛ»            – 6 дел;

«УСИЛЕНИЕ»            – в крайнее правое;

«», «�«»               – в среднее;

«УСИЛИТЕЛЬ Y»            – в положение;

«СТАБ»               – в крайнее правое;

«ВРЕМЯ/ДЕЛ»            – 0,5 mS;

«ДЛИТЕЛЬНОСТЬ»          – в крайнее правое;

«СИНХРОНИЗАЦИЯ»         – в положение «внутр»;

тумблер «СЕТЬ»            – выключено.

Соедините осциллограф шнуром с источником питания и тумблером «СЕТЬ» и включите его. При этом должна загореться сигнальная лампа. Отрегулируйте, через 2–3 мин после включения осциллографа, яркость и фокусировку линии развертки.

 

9.2. Применение осциллографа для электрических измерений

Измерение напряжений. Перед измерением амплитуды исследуемого сигнала необходимо проверить калибровку коэффициента отклонения усилителя.

Установите ручку «ВОЛЬТ/ДЕЛ» в положение <6 дел.>, а ручку «УСИЛЕНИЕ» – вправо до упора. Откалибруйте «Y» в осциллографе при помощи шлица «ЧУВСТ.», расположенного с левой стороны прибора. Изображение амплитуды калибровочного напряжения должно быть равно шести делениям шкалы ЭЛТ.

Для измерения амплитуды исследуемого сигнала надо подать его на вход «�W,40pF». Установите ручкой «ВОЛЬТ/ДЕЛ» величину изображения от 3 до 7 делений.

 

Измерение интервалов времени. Для калибровки скорости развертки необходимо выполнить следующие операции:

– установить ручку «ВРЕМЯ/ДЕЛ» в положение 0,5 mS;

– провернуть ручку «ДЛИТЕЛЬНОСТЬ» в крайнее правое положение;

– уложить 10 периодов калибровочного напряжения в 10 делениях шкалы ЭЛТ при помощи шлица «КАЛИБРОВКА ДЛИТЕЛЬНОСТИ х 1», расположенного с правой стороны на боковой стенке;

– перевести тумблер множителя в положение,<х 0,2>, уложить два периода калибровочного напряжения в 10 делениях шкалы при помощи шлица «КАЛИБРОВКА ДЛИТЕЛЬНОСТИ х 0,2».

Установить измеряемый временной интервал в центре экрана ручкой «�«». Поставить переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ» и тумблер множителя в такое положение, чтобы измеряемый интервал занимал длину на экране не менее 4-х делений шкалы.

Измеряемый временной интервал определяется произведением трёх величин: длины по горизонтали в делениях, значения величины времени на одно деление шкалы и значения множителя переключателя.

 

Измерение частоты. Частоту сигнала можно определить, измерив его период , для чего подсчитывают расстояние в делениях целого числа периодов сигнала, укладывающихся близко к 10 делениям шкалы. Например, 8 периодов занимают расстояние 4 деления при длительности развёртки мкс/дел. Измеряемая частота сигнала следующая:

 

МГц.

 

Метод фигур Лиссажу позволяет определить частоту путём сравнения измеряемой частоты с эталонной. На вход «Y» подают сигнал измеряемой частоты , а на усилитель канала «Х» напряжение образцовой частоты от генератора. Переключатель вида синхронизации устанавливают в положение «Х» (генератор развёртки отключён). При кратном соотношении частот на экране получается фигура Лиссажу. Измеряемая частота определяется из выражения

 

,

где nВ и nГ – число точек касания фигуры соответственно с вертикальной и горизонтальной прямой.

Метод круговой развертки выполняется, как и предыдущий, при отключенном генераторе развертки. На обе пары пластин ЭЛТ подают напряжение одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутые по фазе на 90о. При этом на экране осциллографа появляется окружность. Если к сетке ЭЛТ подвести напряжение более высокой частоты fX, то окружность разбивается на светящиеся дуги, разделённые тёмными промежутками. Число этих дуг равно отношению частот . Вход сетки расположен на задней стенке осциллографа и обозначен буквой «Z». Схема для получения круговой развёртки показана на рис. 9.3.

 

Рис. 9.3. Схема измерения частоты методом круговой развёртки

 

9.3. Задание

1. Подготовить осциллограф к работе согласно подразд. 9.1 (основные сведения).

2. Произвести калибровку каналов Х и Y перед соответствующим измерением.

3. Используя источники с прямоугольной и синусоидальной формой сигналов, измерить амплитуду, длительность импульса и частоту не менее трёх сигналов, заданных преподавателем.

Результаты наблюдений занести в табл. 9.2.

Таблица 9.2

Результаты наблюдений и измерений электрических сигналов

Номер
исследов.

Форма сигнала

с размерами, дел. шкалы

Амплитуда

UМ, В

Период

T, сек

Частота

f, Гц

1

2

3

 

 

 

 

 

4. Методом фигур Лиссажу произвести измерения нескольких значений частоты, используя генератор звуковой частоты. Зарисовать фигуры Лиссажу.

5. Произвести измерения нескольких значений частоты методом круговой развёртки (рис. 9.3).

 

Контрольные вопросы

1. Как определяется коэффициент отклонения осциллографа?

2. Перечислите основные структурные звенья схемы осциллографа и их назначение.

3. Назначение генератора развёртки и схемы синхронизации.

4. Как получить на экране осциллографа изображение в виде окружности?

 

Лабораторная работа № 9
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРАМИ

РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ

10.1. Основные положения

Переменные напряжения характеризуются тремя значениями: максимальным за период (амплитудой) UM; средним квадратичным за период или действующим значением

 

и средним по модулю значением

.

 

Если кривая симметрична относительно оси абсцисс и в течение половины периода ни разу не изменяет знака, то среднее по модулю значение равно среднему значению за половину периода

 

.

 

Если за весь период функция ни разу не изменяет знака, то среднее по модулю значение равно постоянной составляющей .

Связь между максимальным, действующим и средним по модулю значениями осуществляется с помощью коэффициентов:

– амплитуды ;

– формы .    (10.1)

Для синусоиды ,   .

Значения коэффициентов KA и для распространенных на практике форм кривых напряжений приведены в табл. 10.3.

Шкалы вольтметров переменного напряжения градуируются, как правило, в действующих значениях синусоидального напряжения. При градуировке вольтметра в амплитудных или средних значениях на шкале прибора имеется соответствующее обозначение.

При измерении несинусоидальных напряжений показания вольтметров различаются и для правильного определения параметров несинусоидального напряжения необходимо знание формы кривой напряжения.

Параметры измеряемого несинусоидального напряжения определяют следующим образом.

�Ё Для определения максимального значения измеряемого напряжения UM показание амплитудного электронного вольтметра с открытым входом необходимо умножить на коэффициент амплитуды синусоидального напряжения, равный 1,41:

 

,

где Uα – показание вольтметра.

Среднее по модулю и действующие значения могут быть определены, если известны коэффициенты амплитуды KA и формы Кф, по формулам (10.1).

При закрытом входе амплитудного вольтметра результаты измерений будут соответствовать максимальному значению только переменной составляющей

,

 

а полное максимальное значение измеряемого напряжения можно определить, зная только постоянную составляющую , тогда

 

.

 

�Ё Для получения среднего за период значения несинусоидального напряжения показания вольтметра средневыпрямленных значений и вольтметра выпрямительной системы делятся на коэффициент формы синусоидального напряжения равный 1,11:

 

.

 

Максимальное и действующее значения определяются также по коэффициентам амплитуды и формы (10.1).

Действующее значение несинусоидального напряжения можно определить непосредственно по показаниям вольтметров электромагнитной системы или электронного среднеквадратического.

Прибор магнитоэлектрической системы позволяет непосредственно измерить постоянную составляющую несинусоидального напряжения.

При измерении напряжений необходимо учитывать входное сопротивление вольтметров. Оно должно быть в 50–100 раз больше входного сопротивления того участка цепи, параллельно к которому прибор подключается.

 

10.2. Задание

1. Ознакомиться с техническими описаниями и инструкциями по эксплуатации вольтметров, записать основные технические показатели.

2. Измерить синусоидальное напряжение вольтметрами различных систем (по указанию преподавателя), а также образцовым вольтметром по схеме рис.10.1.

 

 

Рис. 10.1. Схема для измерения синусоидального напряжения

 

3. Рассчитать абсолютную, относительную и приведённую погрешности измерения. Проанализировать результаты измерения синусоидального напряжения. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 10.1.

4. Собрать схему рис. 10.2.

 

 

Рис. 10.2. Схема для измерения несинусоидального напряжения

 

Измерить напряжение на входе схемы вольтметром электромагнитной системы. Посмотреть вид кривой несинусоидального напряжения на выходе источника при помощи осциллографа.

 

Таблица 10.1

Результаты измерений синусоидального напряжения

 

Номер
исследов.

Система

прибора

Показание

приборов

U�a, В

Показание

образцового

вольтметра

U0

Рассчитанные значения

�D

�d, %

�g, %