Лабораторная работа / 1-Лабораторная_Измерительная техника_2
.docМинистерство образования РФ
Томский университет систем управления и радиоэлектроники
Лабораторная работа № 1
по дисциплине
«Измерительная техника и датчики»
-
Реализуйте на экране компьютера схему измерения действующего значения переменного тока (АС) и среднего значения (DC).
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.
А) Установить на генераторе режим синусоидального сигнала без постоянной составляющей с амплитудой сигнала и активизировать работу схемы.
Произвести отсчет тока по амперметрам AC и DC.
Объяснить отсутствие показаний амперметра DС, а показания амперметра АС сравнить с расчетными, производимыми по формуле нахождения действующего значения тока: (1),
где мгновенное значение тока, протекающего через резистор R. Объяснить полученные результаты.
Экспериментально установленные значения: АС=7,07 мА, DC=0 мА.
Отсутствие показаний амперметра DC объясняется отсутствием постоянной составляющей тока.
Расчет показаний амперметра АС: .
Б) 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. .
Показания амперметра DC определить расчетным путем по формуле
(2).
По показаниям амперметров действующего значения (АС) и среднего значения (DC) определить полное действующее значение тока в цепи по формуле: (3).
Сравнить расчетные значения токов с полученными экспериментально и объяснить полученные результаты.
Экспериментально установленные значения: АС=7,07 мА, DC=5 мА.
Расчет показаний амперметра АС: Учитывая, что амперметр АС измеряет переменную составляющую тока вычислим: .
Расчет показаний амперметра DC: .
Полное действующее значение тока: .
В) Установить на генераторе режим прямоугольных импульсов со скважностью 2 (50%) с постоянной составляющей и амплитудой сигнала 50 В.
После активизации работы схемы произвести отсчет показаний амперметров. Сравнить показания с расчетными, определенными по формулам 1 и 2, 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. 1 б) и объяснить расхождение показаний амперметра АС и равенство показаний амперметра DC.
Экспериментально установленные значения: АС=5 мА, DC=5 мА.
Расчет показаний амперметра АС: Учитывая, что амперметр АС измеряет переменную составляющую тока вычислим:
мА.
Расчет показаний амперметра DC:
мА.
Показания амперметров АС различаются из-за различия режимов импульсов.
Показания амперметров DC равны по причине равенства напряжения смещения.
Г) установить на генераторе режим прямоугольных импульсов с относительной длительностью 1%, с амплитудой 50 В 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 3 и построить графики зависимости токов амперметров АС и DC а также полного тока от скважности .
Используя расчетные формулы токов, полученные на основе формул 1 и 2, объяснить расхождение показаний вольтметров АС и DC, а также причины уменьшения показаний от увеличения скважности импульсов.
Данные экспиремента:
Относительная длительность импульса, % |
Скважность |
Показания амперметров |
Полное действующее значение тока в цепи |
|
AD, А |
DC, А |
|||
|
|
|
|
|
График зависимости тока амперметра АС от скважности.
График зависимости тока амперметра DС от скважности.
График зависимости полного тока от скважности.
Расчет:
Относительная длительность импульса, % |
Скважность |
Показания амперметров |
Полное действующее значение тока в цепи |
|
AD, А |
DC, А |
|||
|
|
|
|
|
Д) Установить на генераторе режим прямоугольных импульсов с относительной длительностью 1% без постоянной составляющей и амплитудой 50 В.
После активизации работы схемы снять показания амперметров АС и DC при изменении относительной длительности импульса от 1% до 99% (не менее 10 точек).
По показаниям амперметров АС и DC найти полное значение тока по формуле 3 и построить график зависимости среднего и действующего значения тока от скважности. На сновании расчетных формул, полученных из соотношений 1 и 2, объяснить линейность зависимости показаний DC и неизменность полного действующего значения тока от изменения скважности импульсов.
График зависимости тока амперметра АС от скважности.
График зависимости тока амперметра DС от скважности.
-
Реализуйте на экране компьютера функциональную схему измерения переменного тока с выпрямительным преобразователем и произведите следующие установки:
После активизации работы схемы произвести отсчет тока по амперметрам АС и DC. Расчетным путем найти показания амперметра АС по формуле 1 и показания амперметра DC, измеряющего постоянную составляющую тока при однополупериодном выпрямлении и определенного по формуле
(4),
где - амплитуда тока;
- круговая частота сигнала.
Определить расчетное значение коэффициента формы и коэффициента амплитуды и сравнить их со значениями, полученными экспериментально. Расхождение значений должно составлять не более (1-2)%.
Экспериментально установленные значения: АС=7,01 мА, DC=3,15 мА.
Расчет показаний амперметра АС: , где (за счет падения напряжения на диодах).
Расчет показаний амперметра DC: .
Коэффициент формы: вычисленный - ,
экспериментально установленный - .
Коэффициент амплитуды: вычисленный - ,
экспериментально установленный - .
Коэффициенты формы и амплитуды вычисленные расчетным путем и полученные экспериментально соответственно равны межу собой.
-
Для измерения переменного тока с двухполупериодным выпрямительным преобразователем реализуйте на экране компьютера функциональную схему и произведите установки режимов приборов соответственно п. 1.
Выпрямительные диоды использовать идеальными с падением напряжения 0,1 В. Использовать идеальный трансформатор с коэффициентом передачи равным 1.
Установить на генераторе режим синусоидальных колебаний с амплитудой 100 В. и после активизации схемы произвести отсчет тока по амперметрам АС и DC. Найденное расчетное значение действующее значение тока в п. 2 сравнить с показанием амперметра АС, а расчетное значение средневыпрямленного тока, определить по формуле 5.
(5),
где - мгновенное значение тока.
Определить расчетное значение коэффициента формы и сравнить его со значением, полученным в этом эксперименте и при измерениях, приведенных в п. 2.
Объяснить полученные результаты. Пронаблюдать и зарисовать изображения сигналов на осциллографе. Объяснить полученные осциллограммы.
Экспериментально установленные значения: АС=7,3 мА, DC=6,23 мА.
Экспериментальное значение
Ранее рассчитанные значения: АС=7,04 мА.
Рассчитаем значение средневыпрямленного тока:
Расчетное значение .
Вывод: экспериментальные данные близки к расчетным.
-
Для исследования аналоговых измерителей тока в режиме подачи тестового сигнала реализуйте на экране компьютера функциональную схему.
Произвести установку режимов приборов соответственно п. 1. Выпрямительные диоды использовать идеальные с падением напряжения 0,1 В и величиной обратного напряжения до 200 В. установить на генераторе режим прямоугольных колебаний с относительной длительностью 50%, амплитудой 100 В без постоянной составляющей. Полученный сигнал, называемый «меандр», во многих устройствах используется как тестовый и имеет ту особенность, что коэффициенты формы и амплитуды равны 1, что говорит о равенстве амплитуды, действующего и средневыпрямленного значений токов. Только в этом сигнале за амплитуду принимается не размах импульса, а только его половина.
После активизации работы схемы произвести отсчет тока по амперметрам АС и DC и определить коэффициент формы и коэффициент амплитуды для тестового сигнала.
Пронаблюдать и зарисовать изображения сигналов на осциллографе. Объяснить полученные осциллограммы.
Изображение сигналов на экране осциллографа:
Показания:
АС: 19,9 мА.
DC: 19,9 мА.
Коэффициент формы:
Амплитуда тока: А.
Коэффициент амплитуды: .
-
Контрольные вопросы.
-
Какой системы измерительные приборы можно использовать для измерения
-
А) постоянного тока?
-
Для измерений постоянного тока используют магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы.
-
Б) действующего значения тока?
-
Для измерений действующего значения тока используются электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы.
-
Какой системы измерительный прибор используется в выпрямительных амперметрах?
-
В выпрямительных амперметрах используются магнитоэлектрические приборы.
-
Могут ли выпрямительные амперметры измерять постоянный ток?
-
Выпрямительные амперметры могут измерять постоянный ток, с более высокой погрешностью из-за дополнительного сопротивления выпрямительных диодов.
-
Что такое коэффициент формы и коэффициент амплитуды и где они используются?
-
Коэффициент формы – это отношение действующего тока в цепи к средневыпрямленному. Коэффициент амплитуды – это отношение максимального значения тока в цепи к действующему значению тока.
-
Как теоретически найти коэффициенты формы и коэффициенты амплитуды для тестового сигнала типа «меандр»?
-
Коэффициент формы находится по формуле:, а коэффициент амплитуды: .