Федеральное агентство образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра «Промышленная электроника» «Измерение тока аналоговыми измерительными приборами»
Лабораторная работа № 1 по дисциплине
«Измерительная техника и датчики»
Выполнил студент
Вариант № 7:
Проверил
Ф.И.О.
«______» ___________
Цель работы: Изучение методов измерения различных значений токов для сигналов сложной формы аналоговыми измерительными приборами непосредственно и с преобразователями.
Задание № 1: Используя пакет “Electronics Workbench” реализовать блок-схему измерения тока измерителями действующего значения переменного тока и среднего значения.
Рис. 1.1 Результат измерения № 1
Режимы измерительных приборов:
-
Частота сигнала генератора – 1 кГц;
-
Режим развертки осциллографа 0,2 мс/дел.;
-
Режим работы канала Y - DC с масштабом 50 В/дел.;
-
Внутренние сопротивления измерителей тока 0,1 Ом;
-
Значение сопротивления резистора R – 10 000 Ом;
-
Значение амплитуды сигнала Um – 200 В.
1) Установить на генераторе режим синусоидального сигнала без постоянной составляющей с амплитудой сигнала и активизировать работу схемы.
Рис. 1.2 Параметры и результат измерения схемы № 1
а) Произвести отсчет тока по амперметрам AC и DC.
(1.1)
где
мгновенное значение тока, протекающего
через резистор R. Объяснить полученные
результаты.
Расчет показаний амперметра АС:
=
14,1 мА
Экспериментально установленные значения: АС = 14,1 мА, DC = 0 мА.
б) Объяснить отсутствие показаний амперметра DС, а показания амперметра АС сравнить с расчетными, производимыми по формуле нахождения действующего значения тока.
Отсутствие показаний амперметра DC объясняется отсутствием постоянной составляющей тока.
Показания амперметра АС и расчетные показатели равны.
2) Установить на генераторе режим синусоидального сигнала с постоянной составляющей . После активизации работы схемы произвести отсчет тока по амперметрам ac и dc.
Действующее
значение тока определить расчетным
путем по формуле 1, учитывая, что мгновенное
значение тока будет состоять из переменной
и постоянной составляющей.
.
Рис. 2.2 Результат
измерения № 2
Рис. 2.2 Параметры и результат измерения схемы № 2
а) Показания амперметра DC определить расчетным путем по формуле:
(2.1)
Расчет показаний амперметра АС:
Учитывая, что амперметр АС измеряет переменную составляющую тока вычислим:
=
14,1 мА
Расчет показаний амперметра DC:
=
10,0 мА.
б) По показаниям амперметров действующего значения (АС) и среднего значения (DC) определить полное действующее значение тока в цепи по формуле:
Полное действующее
значение тока:
мА (2.2)
в) Сравнить расчетные значения токов с полученными экспериментально и объяснить полученные результаты.
Экспериментально установленные значения: АС = 14,1 мА, DC = 10 мА и расчетные показания равнозначны.
3) Установить на генераторе режим прямоугольных импульсов со скважностью 2 (50%) с постоянной составляющей и амплитудой сигнала .
Рис. 3.1 Результат измерения № 3
Рис. 3.2 Параметры и результат измерения схемы № 3
После активизации работы схемы произвести отсчет показаний амперметров. Сравнить показания с расчетными, учитывая, что амперметр АС измеряет действующее значение только переменной составляющей тока, протекающего по цепи. Объяснить полученные результаты. Сравнить показания амперметров AC и DC с показаниями, произведенными в п. 2 и объяснить расхождение показаний амперметра АС и равенство показаний амперметра DC.
Экспериментально установленные значения: АС = 10,0 мА, DC = 10,0 мА.
Учитывая, что амперметр АС измеряет переменную составляющую тока вычислим:
10,0
мА
10,0
мА
Показания амперметров DC равны по причине равенства напряжения смещения.
Показания амперметров АС различаются из-за различия режимов импульсов.
4) Установить
на генераторе режим прямоугольных
импульсов с относительной
длительностью
1%, с амплитудой
и постоянной составляющей
.
После активизации работы схемы снять
зависимости показаний амперметров АС
и DC при изменении
относительной длительности импульса
от 1% до 99% (не менее 10 измерений) и построить
график этих зависимостей. Найти полное
действующее значение тока в цепи по
формуле 2.2 и построить графики зависимости
токов амперметров АС и DC,
а также полного тока от длительности
.
Рис. 4.1 Схема измерений
Рис. 4.2 Параметры
и результат измерения схемы при
=
1 %
Полученные данные для удобства занесем в Таблицу № 1.1:
Таблица № 4.1
|
Длительность импульса % |
Показания амперметров |
Полное действующее значение тока |
|
|
АС, мА |
DC, мА |
||
|
1 |
1,99 |
0,20 |
2,0 |
|
10 |
6,00 |
2,00 |
6,32 |
|
20 |
8,00 |
4,00 |
8,94 |
|
30 |
9,17 |
6,00 |
10,96 |
|
40 |
9,80 |
8,00 |
12,65 |
|
50 |
10,00 |
10,00 |
14,14 |
|
60 |
9,80 |
12,00 |
15,49 |
|
70 |
9,17 |
14,00 |
16,74 |
|
80 |
8,00 |
16,00 |
17,89 |
|
90 |
6,00 |
18,00 |
18,97 |
|
99 |
1,99 |
19,80 |
14,24 |
По данным таблицы построить графики:
Рис. 4.3 График зависимости тока амперметра АС от длительности.
Рис. 4.4 График зависимости тока амперметра DС от длительности.
Рис. 4.5 График зависимости полного тока от длительности.
Используя расчетные формулы токов рассчитаем действующее значение переменного и постоянного токов при длительности импульса в 10 %, 50 % и 90 %.
Таблица № 4.2
|
Длительность импульса % |
Показания амперметров |
Полное действующее значение тока |
|
|
АС, мА |
DC, мА |
||
|
10 |
5,87 |
1,96 |
6,19 |
|
50 |
10,0 |
10,0 |
14,14 |
|
90 |
5,87 |
17,86 |
18,80 |
Сравнив полученные результаты увидим, что расчетные данные практически равны экспериментальным, следовательно, графики будут идентичны полученным.
5) Установим
на генераторе режим прямоугольных
импульсов с относительной длительностью
1%, но без постоянной составляющей и
амплитудой
.
Снимем показания амперметров АС и DC
при изменении относительной длительности
импульса от 1% до 99%.
Рис. 5.1 Параметры
и результат измерения схемы при
=
1 %
Таблица № 5.1
|
Длительность импульса % |
Показания амперметров |
Полное действующее значение тока |
|
|
АС, мА |
DC, мА |
||
|
1 |
1,99 |
-9,8 |
10,0 |
|
10 |
6,00 |
-8,0 |
10,0 |
|
20 |
8,00 |
-6,0 |
10,0 |
|
30 |
9,17 |
-4,0 |
10,0 |
|
40 |
9,80 |
-2,0 |
10,0 |
|
50 |
10,00 |
0 |
10,0 |
|
60 |
9,80 |
2,0 |
10,0 |
|
70 |
9,17 |
4,0 |
10,0 |
|
80 |
8,00 |
6,0 |
10,0 |
|
90 |
6,00 |
8,0 |
10,0 |
|
99 |
1,99 |
9,8 |
10,0 |
По данным таблицы построить графики:
Рис. 5.2 График зависимости тока амперметра АС от длительности.
Рис. 5.3 График зависимости тока амперметра DС от длительности.
Рис. 5.4 График зависимости полного тока от длительности.
Используя расчетные формулы токов рассчитаем действующее значение переменного и постоянного токов при длительности импульса в 10 %, 50 % и 90 %.
Таблица № 5.2
|
Длительность импульса % |
Показания амперметров |
Полное действующее значение тока |
|
|
АС, мА |
DC, мА |
||
|
10 |
5,87 |
-8,06 |
10,0 |
|
50 |
10,0 |
0,00 |
10,0 |
|
90 |
5,87 |
8,06 |
10,0 |
Как видно из полученных графиков, среднее значение тока в цепи линейно растет с увеличение длины импульса. Это объясняется тем, что с увеличением длины импульса постоянная составляющая импульса дольше. Однако переменная составляющая растет только до определенного момента, а затем идет на спад. Исходя из этого полное действующее значение тока остается неизменным т.к. является среднеквадратичное двух токов.
Задание № 2: Используя пакет “Electronics Workbench”, реализуем на экране компьютера функциональную схему измерения переменного тока с выпрямительным преобразователем.
Рис. 2.1 Схема измерения
Произведем следующие установки приборов:
-
Частота сигнала 1 кГц
-
Амплитуда сигнала 200 В.
-
Внутреннее сопротивление измерителей тока 0,1 Ом
-
Выпрямительные диоды идеальные, с падением напряжения на 0,1 В.
-
Форма сигнала синусоидальная, без постоянной составляющей.
При активизации схемы приборы показали следующие значения:
AC = 14,1 mA
DC = 6,33 mA
Сравним экспериментальные значения с расчетными.
Расчет показаний амперметра АС:
,
где
Расчет показаний
амперметра DC:
.
Коэффициент формы
вычисленный -
Экспериментально
установленный -
Коэффициент
амплитуды вычисленный -
Экспериментально
установленный -
Коэффициенты формы и амплитуды вычисленные расчетным путем и полученные экспериментально практически равны межу собой. Расхождение значений не превышает 1% .
Получим осциллограмму.
Задание № 3: Реализуем на экране компьютера функциональную схему, для измерения переменного тока с двухполупериодным выпрямительным преобразователем.
Рис. 3.1 Схема измерения
В схеме использованы идеальные диоды с падением напряжения 0,1 В, идеальный трансформатор с коэффициентом передачи равным 1. Установив на генераторе режим синусоидальных колебаний с амплитудой 200 В, произведем отсчет тока по амперметрам АС и DC .
При активизации схемы приборы показали следующие значения:
AC =14,2 mA DC = 12,8 mA
Экспериментальное
значение
Ранее рассчитанные значения: АС = 14,1 мА.
Рассчитаем значение средневыпрямленного тока:
Расчетное
значение
.
Экспериментальное
значение
Расчетное
значение
.
Полученное изображение на осциллографе:
Рис. 3.2 Результат измерения
Для исследования аналоговых измерителей тока в режиме подачи тестового сигнала, реализуем на экране компьютера функциональную схему:
Рис. 3.3 Схема измерения
При активизации схемы приборы показали следующие значения:
AC = 39,59 mA
DC = 39,59 mA
Коэффициент
формы:
Амплитуда тока:
mА.
Полученное изображение на осциллографе:
Рис. 3.4 Результат измерения
На осциллографе наблюдается сигнал - “меандр”. Коэффициент формы и амплитуды этого сигнала равен 1.