Лабораторная работа / 1- 1_Лабораторная_Измерительная техника

Федеральное Агентство по образованию РФ

Томский Межвузовский Центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Лабораторная работа №1

По дисциплине: «Измерительная техника и датчики»

Тема: «Измерение тока аналоговыми измерительными приборами»

(Учебные пособия: «Измерительная техника и датчики»

авторы: В.Ф.Отчалко, Ю.К.Сидоров, В.Е.Эрастов Томск 2004

авторы: В.Ф.Отчалко, Ю.К.Сидоров, В.Е.Эрастов Томск 1999)

Вариант V=(20*05)div100=1

Выполнил:

Студент ТМЦДО

Гр.

Специальность: 210106(200400)

Ф.И.О.

логин

*****05

13 марта 2008г.

Н-ск 2007

Цель работы: изучение методов измерения различных значений токов для сигналов сложной формы, аналоговыми измерительными приборами и с преобразователями.

1. Программа работы: Используя пакет “Electronics Workbench” соберём схему измерения тока измерителями действующего значения тока (АС) и среднего значения.

1.1. Произведём следующие установки режимов измерительных приборов:

• частота сигнала генератора – 1 кГц.

• режим развертки осциллографа – 0,2 мс/дел.

• режим работы канала Y – DC с масштабом 50 В/дел.

• внутреннее сопротивление измерителей тока 0,1 Ом.

• значение сопротивления резистора R – 10 кОм.

• значение амплитуды сигнала U_m – 100 В.

Эксперириментально установленные значения АС = 7,07 мА , DC = 0,0 мА.

Отсутствие показаний амперметра (DC) объясняется отсутствием постоянной составляющей тока.

Произведем расчет по формуле:

В результате мы получили среднеквадратичное (действующее) значение тока за полный период, амперметр (АС) – показывает действующее значение тока:

1.2. Установим на генераторе режим синусоидального сигнала с постоянной составляющей: . Снимем показания (АС) и (DC), определим действующее значение полного тока, учитывая, что мгновенное значение тока будет состоять из переменной и постоянной составляющих.

Показания амперметров составляют:

АС = 7.07 мА.

DC = 5,0 мА.

Рассчитаем показания (АС):

Произведём расчёт показаний амперметра (DC):

Произведём расчёт полного действующего значения тока за период:

Полученные экспериментальные и расчётные данные полностью совпадают, что подтверждает справедливость расчётных формул.

1.3. Установим на генераторе режим прямоугольных импульсов со скважностью 2 (50%), с постоянной составляющей U_см = +50 В. (U_m/2) и амплитудой сигнала 50 В. (амплитуда в EWB от нуля до максимального значения).

Показания амперметров составляют:

АС = 5 мА.

DC = 5 мА.

Рассчитаем показания (АС):

Расчёт показаний амперметра (DC):

Показания (АС) – разные из-за различий коэффициента формы.

Показания (DC) – равны из-за одинакового напряжения смещения.

1.4. Выполним предыдущее задание, изменяя длительность импульса от 1% до 99% , результаты занесём в таблицу 1.

Таблица 1

τ, (отн. длительность)	0,01	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,99
(АС), мА.	0,995	3	4	4,58	4,9	5	4,9	4,58	4	3	0,995
(DC), мА.	0,1	1	2	3	4	5	6	7	8	9	9,9

Найдём полное действующее значение тока в цепи:

Произведём теоретический расчёт действующего значения переменного тока, постоянной составляющей и полного действующего значения тока в точках τ = 0,1T 0,5T 0,9T:

- погрешности в крайних значениях обусловлены плохой сходимостью формулы использованной для расчёта.

Полученные расчётные и экспериментальные данные, с учётом погрешности расчётов и точности измерений – близки по значению.

Линейное увеличение показаний (DC), объясняется линейной зависимостью постоянной составляющей тока от длительности импульсов. Нелинейные показания (АС), объясняются, нелинейной зависимостью переменной составляющей - зависящей от соотношения амплитуды тока к длительности импульса.

1.5. Установим на генераторе режим прямоугольных импульсов, с относительной длительностью 1% без постоянной составляющей и амплитудой U_m/2.

Снимем показания амперметров (АС) и (DC) при изменении относительной длительности импульса от 1% до 99% (не менее 10 точек), данные занесём в таблицу 2:

Таблица2

τ, (отн. длительность)	0,01	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,99
(АС), мА.	0,995	3	4	4,58	4,9	5	4,9	4,58	4	3	0,995
(DC), мА.	-4,9	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4	4,9

Найдём полное действующее значение тока в цепи:

Произведём теоретический расчёт действующего значения переменного тока, постоянной составляющей и полного действующего значения тока в точках τ = 0,1T 0,5T 0,9T:

Полученные расчётные и экспериментальные данные, с учётом погрешности расчётов и точности измерений – близки по значению.

На основании произведённых расчётов и результатов эксперимента, мы можем сделать вывод о том что, полное действующее значение тока не зависит от длительности импульсов – это объясняется наличием тока в цепи как при положительных, так и отрицательных значениях амплитуды. А поскольку полное действующее значение состоит из переменной и постоянной составляющих, их сумма модулей и составляет значение полного тока.

Линейная зависимость постоянной составляющей, обусловлена пропорциональным отношением положительных и отрицательных амплитуд сигнала.

2.1. Используя пакет “ElektronicsWorkbench”, составим функциональную схему измерения переменного тока с выпрямительным преобразователем, и произведём следующие установки:

• частота сигнала генератора – 1 кГц

• режим синусоидальных колебаний, без постоянной составляющей.

• режим развертки осциллографа – 0,2 мс/дел.

• режим работы канала Y – DC с масштабом 50 В/дел.

• внутреннее сопротивление измерителей тока 0,1 Ом.

• значение сопротивления резистора R – 10 кОм.

• значение амплитуды сигнала U_m – 100 В.

• используем идеальные выпрямительные диоды с падением напряжения 0,1 В.

2.1.1. Снимем показания амперметров (АС) и (DC).

АС = 7,01 мА.

DC = 3,15 мА.

Рассчитаем показания (АС) и (DC) по формулам:

Определим расчётное значение коэффициента формы и амплитуды:

Определим экспериментальное значение коэффициента формы и амплитуды:

Как видно из расчётов, расхождение укладывается в 1% - это говорит о том, что расчеты – выполнены правильно и подтверждается справедливость расчётных формул.

2.2. Для измерения переменного тока с двухполупериодным выпрямительным преобразователем, соберём схему, выполнив следующие установки:

• частота сигнала генератора – 1 кГц

• режим синусоидальных колебаний, без постоянной составляющей.

• относительная длительность 50%

• режим развертки осциллографа – 0,2 мс/дел.

• режим работы канала Y – DC с масштабом 50 В/дел.

• внутреннее сопротивление измерителей тока 0,1 Ом.

• значение сопротивления резистора R – 10 кОм.

• значение амплитуды сигнала U_m – 100 В.

• используем идеальные выпрямительные диоды с падением напряжения 0,1 В.

• используем идеальный трансформатор типа misc в режиме rf или rf₂ с коэффициентом передачи, равным 1.

2.2.1 Снимем показания амперметров (АС) и (DC).

АС = 7,04 мА.

DC = 6,23 мА.

Рассчитаем значение средневыпрямленного тока и значение действующего тока по формулам:

Определим значения коэффициента формы и коэффициента амплитуды, и сравним их с результатами, полученными в ходе эксперимента:

Анализируя полученные результаты, мы можем заметить, что коэффициент формы для схемы с двухполупериодным выпрямлением, в два раза меньше чем для однополупериодного выпрямления. Расчётные коэффициенты, и полученные в ходе эксперимента – совпадают в пределах погрешностей.

Изображение полученной осциллограммы:

Вид осциллограммы объясняется тем, что при двухполупериодном выпрямлении, амплитуды одинаковой полярности, сменяют друг друга с обоих выводов вторичной обмотки трансформатора.

3. Для исследования аналоговых измерителей тока в режиме подачи тестового сигнала, используем предыдущую схему, выполнив следующие установки:

• частота сигнала генератора – 1 кГц

• режим прямоугольных импульсов, без постоянной составляющей.

• относительная длительность импульсов 50%

• режим развертки осциллографа – 0,2 мс/дел.

• режим работы канала Y – DC с масштабом 50 В/дел.

• внутреннее сопротивление измерителей тока 0,1 Ом.

• значение сопротивления резистора R – 10 кОм.

• значение амплитуды сигнала U_m – 100 В.

• используем идеальные выпрямительные диоды с падением напряжения 0,1 В. и величиной обратного напряжения 200 В.

• используем идеальный трансформатор типа misc в режиме rf или rf₂ с коэффициентом передачи, равным 1.

3.1. Снимем показания амперметров (АС) и (DC).

АС = 9,855 мА.

DC = 9,855 мА.

Определим значения коэффициента формы и коэффициента амплитуды:

Найдём теоретические значения коэффициента формы и амплитуды для тестового сигнала:

Как видно, теоретические значения коэффициентов совпадают со значениями, полученными в ходе эксперимента.

Изображение полученной осциллограммы:

Вид осциллограммы, можно объяснить тем, что значение выпрямленного сигнала равно значению амплитуды тестового сигнала, кроме моментов на которых сигнал меняет значение амплитуды на противоположное.

Контрольные вопросы:

1.а) для измерения постоянного тока могут использоваться:

• магнитоэлектрические;

• электромагнитные;

• электростатические;

• ферродинамические приборы.

1.б) для измерения действующего значения тока могут использоваться:

• электромагнитные;

• электродинамические;

• ферродинамические;

• приборы с термоэлектрическими преобразователями.

2. в выпрямительных вольтметрах используются приборы магнитоэлектрической системы.

3. выпрямительные вольтметры могут измерять постоянный ток при условии соблюдения полярности подключения, необходимо также учесть, что шкала градуирована в средневыпрямленных значениях.

4. коэффициент формы – это отношение действующего значения тока к среднему, а коэффициент амплитуды – это отношение максимального значения к действующему значению тока. Коэффициенты используются для перерасчёта показаний приборов.