Лабораторная работа / 1-Лабораторная_Измерительная техника
.doc
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 :
IAC.
Б) Повторно произведем измерение , установив на генераторе режим синусоидального сигнала с постоянной составляющей Uсм =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 Uсм = +50 В. и амплитудой сигнала 50 В.
Показания амперметров
АС =5мВ
DC= 5мВ
Амплитуда сигнала относительно нулевого уровня Um = 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*102 |
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*102 |
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:
-
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.
-
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.