МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра информационно-измерительных систем и технологий

отчет

по лабораторной работе № 6

по дисциплине «Метрология»

Тема: Динамический режим средств измерений

Студент гр.
Преподаватель		Комаров Б. Г.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы

Изучение динамического режима средств измерений.

Задание

1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать схему исследования динамического звена 2го порядка. Получить у преподавателя задание на выполнение лабораторной работы. Записать частоту f₀ собственных колебаний и коэффициент β демпфирования (степень успокоения) для заданных вариантов реализации динамического звена.

2. Исследовать динамический режим заданных средств измерений при ступенчатом изменении входного сигнала.

2.1. Определить динамическую погрешность при заданных параметрах звена 2го порядка и выбранных амплитуде и частоте входных сигналов – прямоугольных импульсов; погрешность определить в 6…10 точках на одном полупериоде входного сигнала. Построить графики динамической погрешности. По результатам исследований сделать выводы о влиянии f₀ и/или β на характер изменения выходного сигнала и динамическую погрешность.

2.2. Определить время t_у установления выходного сигнала для различных частот f₀ собственных колебаний при заданном коэффициенте демпфирования β. Построить график зависимости t_y = F(f₀) при β = const. При определении времени установления принять погрешность асимптотического переходного процесса, равную 5% от установившегося значения.

2.3. Определить время t_y установления выходного сигнала для различных частот f₀ собственных колебаний при заданном коэффициенте демпфирования β. Построить график зависимости t_y = F(β) при f₀ = const. По результатам пунктов 2.2, 2.3 сделать выводы о влиянии f₀ и β на время установления t_y.

Спецификация применяемых средств измерений

Спецификация применяемых в опытах средств измерений приведена в таблице 1.

Таблица 1
Наименование средства измерения	Диапазоны измерений, постоянные СИ	Характеристики точности СИ, классы точности	Рабочий диапазон частот	Параметры входа (выхода)
Вольтметр	0,2 В, 2 В	0,5/0,2	–	Rвх = 1 МОм
	20 В, 200 В	1,5/0,2

Продолжение таблицы 1
Наименование средства измерения	Диапазоны измерений, постоянные СИ	Характеристики точности СИ, классы точности	Рабочий диапазон частот	Параметры входа (выхода)
Осциллограф универсальный GOS-620	Коэф. откл. 5 мВ/дел … 5 В/дел, всего 10 значений, Коэф. разв. 0,2 мкс/дел … 0,5 с/дел, всего 20 значений	3% 3%	0 … 20 МГц	Rвх = 1 МОм Свх = 25 пФ

Обработка результатов

1. Построение графиков входного и выходного сигналов, определение динамической погрешности и времени установления

1.1. = 3 кГц, β = 0,3.

Результаты опыта сведены в таблицу 2. Графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 1.

Таблица 2
t, мс	0	0,8	1,3	2,15	2,7	3,45	3,95
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 4,23	3,8	6,5	3,49	2,54	3,67	4
ΔU, В	7,76	-0,27	-2,97	0,04	0,99	- 0,14	-0,47

Динамическая погрешность при заданных параметрах рассчитана по формуле

При t = 0 мс: ;

Рисунок 1 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 0,4 кГц и β = 0,3

1.2. f₀ = 0,8 кГц; β = 0,3; t_y = 2 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 3, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 2.

Таблица 3
t, мс	0	0,4	0,65	1,05	1,3	1,7	1,95
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 3,56	4,04	6,33	3,33	2,59	3,59	3,98
ΔU, В	7,09	- 0,51	- 2,8	0,2	0,94	- 0,06	- 0,45

Рисунок 2 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 0,8 кГц и β = 0,3

1.3. f₀ = 1,2 кГц; β = 0,3; t_y = 1,5 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 4, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 3.

Таблица 4
t, мс	0	0,25	0,4	0,7	0,9	1,1	1,3
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 3,19	4,54	6,3	3,29	2,57	3,62	3,97
ΔU, В	6,72	- 1,01	- 2,77	0,24	0,96	- 0,09	- 0,44

Рисунок 3 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 1,2 кГц и β = 0,3

1.4. f₀ = 1,6 кГц; β = 0,3; t_y = 1,2 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 5, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 4.

Таблица 4
t, мс	0	0,2	0,3	0,5	0,65	0,85	1
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 2,68	4,75	6,24	3,17	2,61	3,68	3,98
ΔU, В	6,21	- 1,22	- 2,71	0,36	0,92	- 0,15	- 0,45

Рисунок 4 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 1,6 кГц и β = 0,3

1.5. f₀ = 0,4 кГц; β = 1; t_y = 1,6 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 6, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 5.

Таблица 6
t, мс	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 3,84	- 1,42	1,31	2,6	3,19	3,43	3,54
ΔU, В	7,37	4,95	2,22	0,93	0,34	0,1	- 0,01

Рисунок 5 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 0,4 кГц и β = 1

1.6. f₀ = 0,8 кГц; β = 1; t_y = 0,9 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 7, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 6.

Таблица 7
t, мс	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 3,62	- 1,58	0,48	2,02	2,78	3,2	3,4
ΔU, В	7,15	5,11	3,05	1,51	0,75	0,33	0,13

Рисунок 6 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 0,8 кГц и β = 1

1.7. f₀ = 1,2 кГц; β = 1; t_y = 0,7 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 8, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 7.

Таблица 8
t, мс	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	- 3,3	- 1,2	1,98	3,07	3,43	3,52	3,58
ΔU, В	6,83	4,73	1,55	0,46	0,1	0,01	- 0,05

Рисунок 7 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 1,2 кГц и β = 1

1.8. f₀ = 1,2 кГц; β = 1; t_y = 0,5 мс

Результаты опыта сведены в таблицу 9, графическое отображение сигналов на входе и выходе при заданных значениях f₀ и β приведено на рисунке 8.

Таблица 9
t, мс	0	0,08	0,16	0,24	0,32	0,4	0,48
Uвх, В	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53	3,53
Uвых, В	-2,9	-2,04	-0,6	1,6	2,39	2,8	3,22
ΔU, В	6,43	5,57	4,13	1,93	1,14	0,73	0,31

Рисунок 8 – Графики входного и выходного сигналов при f₀ = 1,6 кГц и β = 1