Лабораторная работа / 1-Лабораторная_Измерительная техника

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ( ТУСУР )

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа №1

По дисциплине “ Измерительная техника и датчики ”

Дата выполнения работы ________________________________

Номер варианта _______________________________________

Дата проверки __________________________________________

Оценка _________________________________________________

ФИО преподавателя _____________________________________

Подпись преподавателя __________________________________

Целью данной работы является изучение методов измерения различных значений токов для сигналов сложной формы аналоговыми измерительными приборами непосредственно и с преобразованием .

1. С помощью пакета “Electronics Workbench” соберем блок-схему измерения тока измерителями тока действующего и среднего значения .

Установим следующие режимы 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) Установив на генераторе режим синусоидального сигнала без постоянной составляющей с амплитудой сигнала , произведем измерение

.

Отсутствие показаний амперметра DC объясняется отсутствием постоянной составляющей тока.

Экспериментально установленные значения: АС=7,07 мА, DC=0 мА.

Сравним полученные экспериментальные значения с расчетными :

I_AC.

Б) Повторно произведем измерение , установив на генераторе режим синусоидального сигнала с постоянной составляющей U_см =50 В.

Показания амперметров составили

АС=7.07 мА

DC=5мА.

Определим показания амперметра DC расчетным путем :

5мА.

По показаниям амперметров АС и DC , определим полное действующее значение тока в цепи :

.

В) Установим на генераторе режим прямоугольных импульсов со скважностью 50% постоянной составляющей U_см = +50 В. и амплитудой сигнала 50 В.

Показания амперметров

АС =5мВ

DC= 5мВ

Амплитуда сигнала относительно нулевого уровня U_m = 100В.

Определим расчетные значения :

_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) Установим на генераторе режим прямоугольных импульсов с относительной длительностью 1%, с амплитудой 50 В и постоянной составляющей . Снимем зависимости показаний амперметров АС и DC при изменении относительной длительности импульса от 1% до 99% .

Полученные данные для удобства занесем в таблицу :

Относительная длительность импульса %	Скважность	Показания амперметров		Полное действующее значение тока
		АС	DC
1	1*10^2	0.99*10^-3	0.01*10^-3	9.95*10^-4
10	10	3*10^-3	1*10^-3	3.16*10^-3
20	5	4*10^-3	2*10^-3	4.47*10^-3
30	3.3	4.58*^-3	3*10^-3	5.48*10^-3
40	2.5	4.9*10^-3	4*10^-3	6.33*10^-3
50	2	5*10^-3	5*10^-3	7.07*10^-3
60	1.67	4.9*10^-3	6*10^-3	7.75*10^-3
70	1.43	4,58*10^-3	7*10^-3	8.37*10^-3
80	1.25	4*10^-3	8*10^-3	8.94*10^-3
90	1.1	3*10^-3	9*10^-3	9.49*10^-3
99	1.01	0.99*10^-3	9.9*10^-3	9.95*10^-3

По данным таблицы построим графики :

График зависимости тока амперметра АС от скважности.

График зависимости тока амперметра DС от скважности.

График зависимости полного тока от скважности.

Полученные значения проверим расчетным путем , используя следующие формулы :

_{, ,}

Относительная длительность импульса %	Скважность	Показания амперметров		Полное действующее значение тока
		АС	DC
0.01	1*10^2	9.71*10^-^4	1*10^-4	9.76*10^-4
0.1	10	3.2*10^-3	1*10^-3	3.35*10^-3
0.2	5	3.96*10^-3	2*10^-3	4.44*10^-3
0.3	3.3	4.6*10^-3	3*10^-3	5.5*10^-3
0.4	2.5	4.87*10^-3	4*10^-3	6.33*10^-3
0.5	2	5*10^-3	5*10^-3	7.07*10^-3
0.6	1.67	4.87*10^-3	6*10^-3	7.73*10^-3
0.7	1.43	4.6*10^-3	7*10^-3	8.38*10^-3
0.8	1.25	3.96*10^-3	8*10^-3	8.93*10^-3
0.9	1.1	3.2*10^-3	9*10^-3	9.55*10^-3
0.99	1.01	9.71*10^-^4	9.9*10^-3	9.95*10^-3

Полученные расчетные данные близки к экспериментальным , следовательно графики будут идентичны полученным .

Д) Установим на генераторе режим прямоугольных импульсов с относительной длительностью 1% , но без постоянной составляющей и амплитудой 50 В. Снимем показания амперметров АС и DC при изменении относительной длительности импульса от 1% до 99% . По полученным данным построим графики зависимостей АС=f(Q) и DC=f(Q) .

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 .

2. Используя пакет “Electronics Workbench” , реализуем на экране компьютера функциональную схему измерения переменного тока с выпрямительным преобразователем .

Произведем следующие установки приборов :

Частота сигнала 1кГц

Амплитуда сигнала 100В.

Внутреннее сопротивление измерителей тока 0.1 Ом

Выпрямительные диоды идеальные , с падением напряжения на 0.1В.

Форма сигнала синусоидальная , без постоянной составляющей .

При активизации схемы приборы показали следующие значения :

AC =7.01 mA

DC =3.15 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% .

3. Реализуем на экране компьютера функциональную схему, для измерения переменного тока с двухполупериодным выпрямительным преобразователем.

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 100 В . , произведем отсчет тока по амперметрам АС и DC .

При активизации схемы приборы показали следующие значения :

AC =7.3 mA

DC =6.23 mA

Экспериментальное значение

Ранее рассчитанные значения: АС=7,04 мА.

Рассчитаем значение средневыпрямленного тока:

_{Расчетное значение} .

Полученные осциллограммы :

Для исследования аналоговых измерителей тока в режиме подачи тестового сигнала, реализуем на экране компьютера функциональную схему

При активизации схемы приборы показали следующие значения :

AC =19.9 mA

DC =19.9 mA

Коэффициент формы:

Амплитуда тока: А.

Коэффициент амплитуды: .

Полученные осциллограммы :

На оссцилограме можно наблюдать сигнал , называемый “ меандр” . Коэффициент формы и амплитуды этого сигнала равен 1 .

4. Контрольные вопросы:

1. Какой системы измерительные приборы можно использовать для измерения постоянного тока?

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

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

2. Какой системы измерительный прибор используется в выпрямительных амперметрах?

В выпрямительных амперметрах используются магнитоэлектрические приборы.

3. Могут ли выпрямительные амперметры измерять постоянный ток?

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

4. 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.

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

Коэффициент формы находится по формуле:, а коэффициент амплитуды: . Как уже говорилось выше коэффициенты формы и амплитуды тестового сигнала меандр равны 1.