1. МИНОБРНАУКИ РОССИИ

2. САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

3. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

4. «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

5. Кафедра Информационно-измерительных систем и технологий

ОТЧЁТ

по лабораторной работе №6

12. по дисциплине «Метрология»

13. Тема: Динамический режим средств измерений

Студенты гр. 930
Преподаватель		Орлова Н.В.

Оглавление

1. Введение 3

2. Спецификация применяемых средств измерений 4

3. Описание и порядок выполнения работы 5

3.1. Протокол измерений 5

4. Вывод 10

5. Список использованных источников 11

1. 1. Введение

Тема работы: Динамический режим средств измерений

Цель работы: изучение динамического режима средств измерений

Задание:

1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать схему исследования

динамического звена 2-го 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:

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

б) определить время t_y установления выходного сигнала для различных

частот f_0i собственных колебаний при заданном коэффициенте демпфирования β. Построить график зависимости t_y = F(f0i) при β = const. При определении времени установления принять погрешность асимптотического приближения переходного процесса, равную 5 % от установившегося значения;

в) определить время t_y установления выходного сигнала для различных

коэффициентов βi демпфирования при заданной частоте f0 собственных

колебаний. Построить график зависимости t_y = F(βi) при f0 = const. По результатам п. п. б, сделать выводы о влиянии f0 и β на время установления t_y.

3. Исследовать динамический режим средств измерений при синусоидальном входном воздействии. Определить погрешности в динамическом режиме при указанных параметрах (f0, β) звена 2-го порядка и заданной частоте входного сигнала; погрешности определить в 8…10 точках на одном периоде сигнала. Построить графики входного и выходного сигналов, график динамической погрешности. Сделать вывод о характере изменения динамической погрешности и оценить ее максимальное (амплитудное) значение.

1. 2. Спецификация применяемых средств измерений

Таблица 1. Спецификация средств измерений

Наименование средства измерений	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 %	0...20 МГц	= 1 МОм = 25 пФ
Вольтметр	0,2 В, 2 В	0,5/0,2	–
	20 В, 200 В	1,5/0,2	–
Амперметр	0,2 мА, 2 мА, 20 мА, 200 мА, 2 А	1,0/0,2	–
Генератор сигналов низкочастотный Г3-112	-	± 3%	10 Гц … 10 МГц	RВХ = 50 Ом

1. 3. Описание и порядок выполнения работы

   1. 3.1. Протокол измерений

Рисунок 1. Протокол измерений

Рисунок 2. Протокол измерений

3.2 Расчет динамической погрешности

Рисунок 3. Структурная схема испытаний

Условные обозначения:

ЭЛО – электронно-лучевой осциллограф,

ГС – генератор сигналов прямоугольной, синусоидальной и треугольной формы,

ЦВ1 и ЦВ2 – цифровые вольтметры,

ЦЧ – цифровой частотомер,

ФНЧ – фильтр нижних частот,

УВХ1 и УВХ2 – устройства выборки и хранения мгновенных значений напряжений входного и выходного сигналов ФНЧ соответственно

Таблица 1. Таблица результатов измерений при f = 0,4 кГц, β = 0,3

ti, мс	0	0,8	1,2	2	2,5	3,2	3,8
Uвхi, В	5,96	5,96	5,96	5,96	5,96	5,96	5,96
Uвыхi, В	-6,3	6,2	10,5	6	4,3	6,05	6,66
ΔUi, В	-12,26	0,24	4,54	0,04	-1,66	0,09	0,7

Разность между выходным сигналом U_вых реального средства измерений и выходным сигналом U_вх при одном и том же входном сигнале t определяет динамическую погрешность по выходу реального средства измерений:

ΔU = U_вых - U_вх

Пример расчетов для t = 0 мс:

ΔU = -6,3 – 5,96 = -12,26 В

Рисунок 4. График входного и выходного напряжений и динамической погрешности

3.3 Определение времени t_y установления выходного сигнала для различных частот f_0i

Таблица 2. Время установления выходного сигнала для различных частот собственных колебаний

β f, кГц	0,4	0,8	1,2	1,6
0,3	5,8	4	3	2,5
0,7	3	2,5	2	2,5
1	3	2	1,5	2
2	5,7	3,5	2,5	2

Рисунок 5. График зависимости t_y = F(f0i)

3.4 Определение времени t_y установления выходного сигнала для различных коэффициентов βi демпфирования

Таблица 3. Время установления выходного сигнала для различных коэффициентов демпфирования

f, кГц β	0,3	0,7	1	2
0,4	5,8	3	3	5,7
0,8	4	2,5	2	3,5
1,2	3	2	1,5	2,5
1,6	2,5	2,5	2	2

Рисунок 6. График зависимости t_y = F(βi)

Было выяснено, что при заданном коэффициенте демпфирования с ростом частоты собственных колебаний время установления сигнала уменьшается. Также при заданной частоте собственных колебаний время установления минимально при β = 1, при уменьшении или увеличении коэффициента демпфирования от значения 1 время установления увеличивается.

4. Вывод

В лабораторной работе 6 «Динамический режим средств измерений» был исследован динамический режим средств измерений при ступенчатом изменении сигнала и была определена погрешность ΔU, которая находится в пределах от -12,26 до 0,7 В. В работе было исследовано время установления выходного сигнала для различных частот при заданном коэффициенте демпфирования, которое уменьшается при увеличении частоты и минимально (t = 1,5 дел. * 1 мс = 1,5 мс) при частоте f = 1,2 кГц и при заданном коэффициенте демпфирования β = 1, а также было исследовано время установления выходного сигнала для различных коэффициентов демпфирования при заданных частотах, которое уменьшается при увеличении коэффициента демпфирования, но возрастает после его значения β = 1, и минимально (t = 1,5 дел. * 1 мс = 1,5 мс) при коэффициенте демпфирования β = 1 и при заданной частоте f = 1,2 кГц. Таким образом и был изучен динамический режим работы средств измерений.

2. 5. Список использованных источников

1. Метрология, стандартизация и спецификация: Методические указания к лабораторным работам / Под. ред. Б. Я. Авдеева. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. 64 с.

2. Метрология: учеб.-метод. Пособие / под. ред. Е. М. Антонюка. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019. 64 с.

Санкт-Петербург,

2021