Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторная работа / 1-Лабораторная_Измерительная техника_2

.doc
Скачиваний:
49
Добавлен:
22.06.2014
Размер:
186.88 Кб
Скачать

Министерство образования РФ

Томский университет систем управления и радиоэлектроники

Лабораторная работа № 1

по дисциплине

«Измерительная техника и датчики»

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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: .

  1. Контрольные вопросы.

  1. Какой системы измерительные приборы можно использовать для измерения

  2. А) постоянного тока?

  3. Для измерений постоянного тока используют магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы.

  4. Б) действующего значения тока?

  5. Для измерений действующего значения тока используются электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы.

  6. Какой системы измерительный прибор используется в выпрямительных амперметрах?

  7. В выпрямительных амперметрах используются магнитоэлектрические приборы.

  8. Могут ли выпрямительные амперметры измерять постоянный ток?

  9. Выпрямительные амперметры могут измерять постоянный ток, с более высокой погрешностью из-за дополнительного сопротивления выпрямительных диодов.

  10. Что такое коэффициент формы и коэффициент амплитуды и где они используются?

  11. Коэффициент формы – это отношение действующего тока в цепи к средневыпрямленному. Коэффициент амплитуды – это отношение максимального значения тока в цепи к действующему значению тока.

  12. Как теоретически найти коэффициенты формы и коэффициенты амплитуды для тестового сигнала типа «меандр»?

  13. Коэффициент формы находится по формуле:, а коэффициент амплитуды: .