4 сем БТС лабы Кузьмина / ЛР 6 / MiIT_LB_6-2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ИИСТ

отчет

по лабораторной работе №6

по дисциплине «Метрология и измерительная техника»

Тема: Динамический режим средств измерения

Студенты гр. 0501		Антонов П. Ю. Гавриш Д.В. Конунников Г.А.
Преподаватель		Кузьмина А.Д.

Санкт-Петербург

2022

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки.

Ц ель работы: изучение динамического режима средств измерений

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 1.

ГС – генератор сигналов прямоугольной, синусоидальной и треугольной формы; ЦВ1 и ЦВ2 – цифровые вольтметры; ЦЧ – цифровой частотомер; ЭЛО – двухканальный электронно-лучевой осциллограф; устройства встроенные в горизонтальный пульт (в штриховой рамке): блок синхронизации; блок управления выборкой; УВХ1 и УВХ2 – устройства выборки и хранения мгновенных значений напряжений входного и выходного сигналов ФНЧ соответственно; ФНЧ – фильтр нижних частот;

Теоретические положения

Изменение входного сигнала во времени влияет на результат измерений. Важным при этом являются характер изменение сигнала, т.е. его динамические свойства, и «скорость реакции» средства измерений на входное воздействие, определяемая динамическими характеристиками этого средства. В таких случаях говорят о динамическом режиме средств измерений.

При анализе динамического режима средств измерения удобно рассматривать идеальные и реальные средства измерений, сопоставляя реакцию этих средств на одни и те же выходные воздействия.

Идеальные в динамическом смысле средства измерения СИ_и, иначе безынерционные, имеют, как правило, линейную зависимость выходного сигнала y_и(t) от входного x(t): y_и(t)=k_нx(t), где k_н – номинальный коэффициент преобразования. Очевидно, что в таких средствах измерения выходной сигнал во времени полностью повторяет входной сигнал с точностью до множителя k_н.

В реальных средствах измерения СИ_р выходной сигнал y(t) в силу указанных причин будет иметь более сложную зависимость от входного сигнала, в частности, описываемую дифференциальными уравнениями соответствующего порядка.

Разность между выходным сигналом y(t) реального средства измерений и выходным сигналом y_и(t) (сигнал СИ_и) при одном и том же выходном сигнале x(t) определяет динамическую погрешность по выходу реального средства СИ_р измерений:

(1)

Замечание: в общем случае выражение (1) включает в себя и статистическую и динамическую погрешности средств измерений. Однако в данной работе будем считать, что статистическая погрешность пренебрежимо мала.

Рисунок 2 – Вариант сигналов измерений

Рисунок 3 – Схема оценки динамической погрешности

Рисунок 2 иллюстрирует возможный вариант входного x(t) и выходных y_и(t), y(t) сигналов идеального и реального средств измерений и возникающую при этом динамическую погрешность ∆y(t). На рис. 3 показана структурная схема, удобная для интерпретации и оценки возникающей динамической погрешности.

Спецификация применяемых средств измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Спецификация применяемых средств измерений

Наименование СИ	Диапазон измерений	Характеристики СИ, классы точности	Рабочий диапазон частот	Параметры входа (выхода)
Вольтметр универсальный цифровой GDМ-8135	На постоянном напряжении
	200мВ-200В	Пределы макс. абсол. погр. 0,001 Uизм + 1 ед. мл. разр.	–	RBX≥10 MОм
	На переменном напряжении
	200мВ-200В	0,005 Uизм + 1 ед. мл. разр. 0,01 Uизм + 1 ед. мл. разр. 0,02 Uизм + 1 ед. мл. разр. 0,05 Uизм + 1 ед. мл. разр.	40Гц – 1кГЦ 1-10кГЦ 10-20кГц 20-40кГц	RBX≥10 MОм CBX<100 пФ
Осциллограф универсальный двухканальный GOS-620	Коэф. откл. 0,5 В/дел Коэф. развертки 0,5 мс/дел	Пределы основной погрешности: коэф. откл 3% коэф. развертки 3%	Полоса пропускания: Открытый вход 0-10МГЦ Закрытый вход 10Гц-10МГЦ	Rвх = 1 МОм

Протокол наблюдений к лабораторной работе №6

«Динамический режим средств измерения»

K_p= мс/дел; k₀= В/дел; f₀= кГц; ß=

Таблица 2 – Измерения для затухающего сигнала

f0= 0,4 кГц		ß=0,3
	Uвх, В
	Uвых, В
		ß=0,7
	Uвых, В
		ß=1
	Uвых, В
		ß=2
	Uвых, В
f0= 0,8 кГц		ß=0,3
	Uвх, В
	Uвых, В
		ß=0,7
	Uвых, В
		ß=1
	Uвых, В
		ß=2
	Uвых, В
f0= 1,2 кГц		ß=0,3
	Uвх, В
	Uвых, В
		ß=0,7
	Uвых, В
		ß=1
	Uвых, В
		ß=2
	Uвых, В

Окончание таблицы 2

f0= 1,6 кГц		ß=0,3
	Uвх, В
	Uвых, В
		ß=0,7
	Uвых, В
		ß=1
	Uвых, В
		ß=2
	Uвых, В

Выполнили Конунников Г.А.

Антонов П.Ю.

Гавриш Д.В.

Факультет ИБС

Группа № 0501

“____” __________ _____

Преподаватель: Кузьмина А.Д.

Обработка результатов

1. Определим динамическую погрешность при ступенчатом входном воздействии,

t’=K_pt

Таблица 1 – Динамический режим измерений при прямоугольном воздействии.

t', мс	1,6	2,1	2,5	3,5	4	4,7	5,25
Uвх, В	2,79
Uвых, В	0,71	2,7	5,07	2,4	1,61	2,77	2,9
∆U, B	-2,08	-0,09	2,28	-0,39	-1,18	-0,02	0,11

Пример расчёта:

В;

В.

Рисунок 4 – Графики входного и выходного сигналов при ступенчатом воздействии.

Рисунок 5 – График динамической погрешности при ступенчатом воздействии.

Построение графика зависимости времени установления для различных частот при заданном коэффициенте демпфирования:

Таблица 2 – Зависимость времени установления от частоты.

ß	f0, кГц	0,4	0,8	1,2	1,6
0,3	tу, мс	5,2	3,2	2,25	2,1
0,7	tу, мс	3	2	1,6	1,5
1	tу, мс	2,2	0,9	1,2	1
2	tу, мс	4,3	2,7	1,6	1,2

Рисунок 6 – График зависимости времени установления от частоты.

Построение графика зависимости времени установления для различных коэффициентов демпфирования при заданной частоте:

Таблица 3 – Изменение времени установления от коэффициента демпфирования.

f0, кГц	ß	0,3	0,7	1	2
0,4	tу, мс	5,2	3	2,2	3,8
0,8	tу, мс	3,2	2	3,2	5,4
1,2	tу, мс	2,2	1,3	1,2	1,7
1,6	tу, мс	2,2	1,3	1,3	1,1

Рисунок 7 – График зависимости времени установления от коэффициента демпфирования.

Вывод: