Лабораторная работа / 4-16_Лабораторная_Измерительная техника

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ( ТУСУР )

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа №4

По дисциплине “ Измерительная техника и датчики ”

Дата выполнения работы ________________________________

Номер варианта __82*20div100=16_______________________

Дата проверки __________________________________________

Оценка _________________________________________________

ФИО преподавателя ________ _________________

Подпись преподавателя __________________________________

Целью данной работы является изучение методов измерения сосредоточенных параметров электрических цепей и исследование амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников .

5.4.1. Измерение параметров катушки индуктивности резонансным методом .

Схема эксперимента :

Частоты f₁=180 кГц f₂=360 кГц , С₀₁=947 пкФ, С₀₂=178 пкФ

Собственная емкость катушки :

CL= СL= 78.9 пФ Отличие 3.78%

L₀₁= L₀₁ = 762 мкГн. , L₀₂= L₀₂= 762 мкГн.

Относительная погрешность измерения :

∆f= 1кГц ∆С=0.55 пФ.

δL₁= δL₁= 7.878*10^-3 , δL₂= δL₂=8.445*10^-3

Абсолютная погрешность измерения :

∆L₁=δL₁*L₀₁ =6.003*10^-6 , ∆L₂=δL₂*L₀₂ =6.435*10^-6

Доверительные интервалы :

L_1min=L₀₁-∆L₁ =756 мкГн. , L_1max=L₀₁+∆L₁=768 мкГн.

L_2min=L₀₂-∆L₂=755 мкГн , L_2max=L₀₂+∆L₂=768 мкГн.

В обоих случаях найденная индуктивность попадает в доверительные интервалы . Так же можно заметить , что в первом случае абсолютная и относительная погрешности меньше чем во втором . Это объясняется влиянием паразитной емкости С_L . Влияние этой емкости на измерение тем выше , чем выше экспериментальная частота .

Определение добротности :

Действующее напряжение в момент резонанса , на частоте 180 кГц , составило 5.56 В. Следовательно амплитудное значение составит 5.56* =7.87 В. Амплитудное значение напряжения генератора 1 В . Добротность катушки Q= =7.87

Определение добротности емкостным методом :

U_р=5.56 B. U_p0.707=3.93 B.

C₀₁=1066.45 пФ , С₀₂=824.45 пФ , С_0.707=121 пФ , С_р=947пФ

Qc= Qc= 8.479

Активное сопротивление катушки :

R_L= R_L=101.63 Ом .

Найденное активное сопротивление катушки практически совпадает с сопротивлением из ящика компонентов .

Измерение параметров конденсатора резонансным методом :

Схема эксперимента :

F=120 кГц U_Г=1В. R_C=150 кОм.

С₀₁=2200 пФ , С₀₂=1098 пФ , U_р=3.989* В. U_p2=3.816* В

Q₁= =5.641 , Q₂= =5.397

C=C₀₁-C₀₂=1103 пФ , ∆С=С-1100=3 пФ

Доверительные интервалы :

C_min=C-∆C=1100 пФ , C_maxC+∆C=1106 пФ .

Найденная емкость попадает в доверительные интервалы .

Значение tgδ:

= 8.036*10^-3 , tgδ==8.018*10^-3

Измерение параметров катушки индуктивности мостовым методом .

Схема эксперимента :

R₀=2.4 кОм , С₀=3.071нФ, R₁=R₂=500 Ом , f=1 кГц , Uб=519 мкВ.

R_L==104.167 Ом , L=C₀*R₁*R₂=768 мкГн.

Относительная методическая погрешность :

L₀₁=762 мкГн , С_L=82 пФ

δL=(2πf)²*L₀₁*C_L=0.025

Абсолютная методическая погрешность :

∆L=δL*L=1.894*10^-5

L_ист=L-∆L=748 мкГн.

Чувствительность моста от изменения емкости :

∆C=2пкФ , δС= =6.513*10^-4 ,∆U_c=34 мкВ , δU_c==0.066 , S_c==9.941*10^-3

Чувствительность моста от изменения R₀:

∆R=2 Ом , δR= =8.333*10^-4, ∆U_R=51мкВ , δU_R==0.098, S_R==8.48*10^-3

Общая чувствительность моста :

S==0.013

При одновременном изменении С₀ и R₀ чувствительность моста изменяется гораздо больше чем на 5-10% от баланса . По этому данные отличаются от предыдущих .

Измерение параметров конденсатора мостовым методом

Схема эксперимента :

R₀=30 кОм , С₀=5.52нФ , R₁=200 Ом , R₂=1 кОм , f=100 кГц

С=С₀* =1104 пФ , Uп=1 В. , R_c=R₀*=150 кОм .

Тангенс угла диэлектрических потерь :

tgδ==9.611*10^-3

Чувствительность мостовой схемы :

Uб=1.19 мВ , ∆U=6мВ , δU==6*10^-6 , ∆C=18пФ , δС==6.513*10^-4

∆R=R₀-2600=4 кОм , δR=0.133

Sc==9.213*10^-3 , S_R==4.5*10^-5 ,

S==9.213*10^-3

Измерение амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников .

Схема эксперимента :

f=180 кГц , U_p=5.566 В. , f на уровне 0.707 от U_p=169 кГц , 2∆f=(f-f_0.707)*2=2.2 кГц

С=947 пкФ , С_L=82 пкФ , U_Г=1В .

L==759 мкГн , Q==8.182

Полученные данные практически совпадают с данными полученными в первом пункте .

Исследование амплитудно-частотной характеристики мостовой схемы

Схема эксперимента :

R₀=610 Ом , С₀=2.5нФ , Uб=155 мВ.

Uб_max=Uб*=219 мВ , fб==104 кГц

Найденная экспериментальная частота баланса практически не отличается от частоты найденной расчетным путем .

Чувствительность моста :

∆U=163*10^-4-155*10^-4=8 мВ, δU==8*10^-6

∆R=R₀-210=400 , δR==0.656

∆C=C₀-2.275*10^-9=2.25*10^-10 , δC==0.09

S_c==8.889*10^-5 , S_R==1.22*10^-5

S==8.972*10^-5

Показания плоттера совпадают с расчетными за исключением того , что плоттер показывает амплитудное значение и округляет до результат до сотых .

Контрольные вопросы .

Какими параметрами характеризуется катушка индуктивности, конденсатор, резистор?

Параметрами катушки индуктивности являются собственная индуктивность, сопротивление потерь и собственная емкость.

Параметрами резисторов являются активное сопротивление, индуктивность выводов и емкость и паразитной емкостью.

Конденсатор характеризуется емкостью, сопротивлением потерь, добротностью и тангенсом угла потерь.

Нарисуйте эквивалентные схемы вышеперечисленных сосредоточенных параметров электрических цепей.

Схема замещения катушки индуктивности :

Схема замещения сопротивления :

Схема замещения конденсатора имеет :

По какой схеме реализуется резонансный метод измерения параметров катушки индуктивности?

Каким образом производится измерение емкости катушки индуктивности?

Емкость катушки индуктивности можно определить произведя измерения резонансным методом. Для этого необходимо на одной частоте настроить контур в резонанс и определить емкость переменного конденсатора. Затем изменить частоту генератора и вновь настроить контур в резонанс. Собственная емкость катушки определяется из формулы , где и значения емкостей конденсаторов при настройке в резонанс на частотах и соответственно.

Как резонансным методом измерить диэлектрические потери в конденсаторе?

Для определения диэлектрических потерь в конденсаторе сначала определяют добротность контура Q₁ с образцовой емкостью , затем подключив измеряемую емкость снова определяют добротность Q₂ . Далее используя соотношение tgδ= , определяют тангенс диэлектрических потерь.

Как реализуется метод замещения при измерении емкости конденсатора?

Метод замещения при измерении емкости реализуется следующим образом. измерение производят в два приема. Сначала настраивают контур в резонанс изменением частоты генератора при некотором значении образцовой емкости, заблаговременно превышающей значение измеряемой емкости. Затем параллельно образцовому конденсатору подключают измеряемую емкость и уменьшая значение образцовой емкости вновь добиваются резонанса на той же частоте. Неизвестная емкость определится .

Нарисуйте схему моста для реализации измерения параметров катушки индуктивности.

Как оценить точность измерения индуктивности, емкости при измерении их резонансным методом?

Точность измерения индуктивности и емкости резонансным методом определяется в основном точностью градуировки шкал генератора и образцового конденсатора, верньерными устройствами и составляет 1-1,5%. Таким образом точность измерения резонансным методом можно оценить учитывая возможную погрешность приборов . Погрешность приборов как правило указана на шкале прибора или в его документации .

Как устранить методическую погрешность измерения индуктивности мостовым методом , обусловленную влиянием собственной емкости катушки ?

Влияние паразитной емкости катушки тем выше на точность измерения , чем выше экспериментальная частота . Следовательно для уменьшения методической погрешности, измерение целесообразно проводить на максимально возможно низкой частоте .

Что такое АЧХ четырехполюсника? Как она может быть измерена?

Измерение АЧХ производят следующим образом: диапазонный генератор синусоидальных колебаний перестраивают в заданном диапазоне частот. АЧХ при постоянной амплитуде сигнала на входе снимают по точкам при последовательной настройке на фиксированные частоты в диапазоне. По результатам измерений строят исследуемую кривую. описанный способ снятия АЧХ трудоемок и не нагляден. Поэтому на практике используют в основном панорамные автоматизированные измерители АЧХ, построенные на основе генератора качающейся частоты и электронно-лучевого индикатора.

Как с помощью АЧХ последовательного контура можно найти индуктивность в контуре, добротность контура, активное сопротивление потерь в контуре?

Сняв АЧХ контура определяется его добротность из соотношения Q=. Определив добротность находятся активное сопротивление потерь и индуктивность .

Что такое чувствительность мостовых схем? Как она может быть измерена?

Чувствительность мостовых схем это отношение изменения выходного напряжения к изменению одного или нескольких элементов моста.

Чувствительность может быть измерена следующим образом: производят балансировку моста, затем, изменяя один из элементов моста (например, емкость) на определенное значение измеряют разбалансировку моста. Потом по формуле находят чувствительность моста.

Нарисуйте схему моста для измерения емкости конденсатора.

Чем определяется погрешность измерения параметров цепей мостовыми методами?

Погрешность измерения параметров мостовым методом определяется погрешностью образцовых и переменных элементов мостовых схем.