- •Введение
- •Основные правила по технике безопасности
- •1. Исследование метрологических характеристик приборов
- •Приборы и их характеристики
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментальных исследований
- •Контрольные вопросы
- •2. Измерение сопротивлений приборами непосредственной оценки
- •Приборы и оборудование
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •3. Измерение нелинейных искажений
- •Расчетные зависимости
- •Приборы и их характеристики
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментальных исследований
- •Контрольные вопросы
- •4. Измерение параметров гармонических и импульсных сигналов электронными осциллографами
- •Приборы и их характеристики
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •5. Измерение индуктивностей, емкостей, сопротивлений мостами переменного тока
- •Приборы и оборудование
- •Расчетные зависимости
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •6. Поверка измерительных приборов компенсатором постоянного тока
- •Приборы и оборудование
- •Расчетные зависимости
- •Порядок выполнения работы
- •Задание для самостоятельных исследований
- •Контрольные вопросы
- •7. Измерение напряжений в маломощных цепях электронными и цифровыми вольтметрами
- •Приборы и оборудование
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •8. Поверка электронных частотомеров и измерительных генераторов цифровыми частотомерами
- •Приборы и оборудование
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •9. Испытание магнитных материалов
- •Расчетные зависимости
- •Приборы и оборудование
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •10. Исследование трансформаторов тока
- •Приборы и оборудование
- •Порядок выполнения работы
- •11. Поверка однофазного индукционного счетчика
- •Приборы и оборудование
- •Расчетные зависимости
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •12. Измерение мощности и энергии в трехфазной цепи
- •Расчетные зависимости
- •Приборы и оборудование
- •Порядок проведения работы
- •Контрольные вопросы
- •Обработка результатов наблюдений, содержащих случайные погрешности
- •Список литературы
Порядок выполнения работы
Изучить измерительные генераторы, электронные осциллографы и методы измерения параметров гармонических и импульсных сигналов: [6, с.175-183, 414-418; 5, с.96-153; 9, с.200-215]. Составить список приборов с полной их характеристикой.
Подготовить к работе осциллограф С1-65: переключатель Bольт/дел установить в положение 0.05 В/дел, ручку Плавно – в крайнее правое положение; переключатель = ┴ ~ – в положение ┴; переключатели органов управления синхронизации установить в положения Внутр., ~ , + ; переключатель Время/дел установить в положение 0.5 ms, ручку Плавно – в крайнее правое положение, переключатель *1, *0.1, X – в положение *1; режим запуска развертки – АВТ; переключатель калибратора установить в положение , переключатель амплитуды выходного напряжения калибратора установить в положение 200 мВ. Включить на прогрев.
После прогрева на экране осциллографа должна появиться яркая горизонтальная полоса. Если этого не будет, регулировкой ручек ↔ ↕ надо добиться появления линии и установить ее по центру экрана. Ручками добиться четкости и надлежащей яркости линии.
Соедините кабелем, соблюдая полярность, гнездо калибратора с гнездом усилителя У. Переведите переключатель = ┴ ~ в положение ~. Поворачивая ручку Уровень, добейтесь устойчивого изображения. Установите ручкой ↕ изображение по центру экрана. На экране должны быть прямоугольные импульсы амплитудой 4 деления и периодом 2 деления. Если амплитуда и период изображения отличаются от указанных выше значений, необходимо откалибровать осциллограф (калибровка выполняется лаборантом). Отсоедините вход У от калибратора, переключатель Вольт/дел установите на отметку 5 В/дел.
Подготовить к работе генератор Г3-109: регулятор выходного напряжения установить в крайнее левое положение; переключатель Нагрузка установить в положение 5; переключателем аттенюатора установить предел 5 V; переключатель диапазонов частот и ручку HZ установить в заданные преподавателем положения. Включить генератор на прогрев.
Подготовить к работе генератор Г3-112: регулятор выходного напряжения установить в крайнее левое положение, переключатель ~ установить в положение ~, переключатель аттенюатора установить в положение 0 dB, переключатель Множитель и ручку Частота HZ установить в заданные преподавателем положения. Включить на прогрев.
Подготовить к работе генератор Г5-54: нажать кнопки Запуск, *0.3, а также кнопку (в правом верхнем углу Г5-54); переключатель Синхроимпульсы установить в положение , ручку Ампл. синхроимпульсов установить в среднее положение; установить кнопками и шкальными устройствами заданные частоту повторения, временной сдвиг, длительность (при этом D и не должны превышать половины периода Т); ручку Ампл. (амплитуда основных импульсов, справа) повернуть влево до отказа. Включить на прогрев.
4.1. Измерение основных параметров импульсных сигналов. Переключатель источника синхронизации осциллографа установите в положение Внеш.1:10. Соедините кабелями (соблюдая полярность) вход У осциллографа с крайними правыми гнездами 1:1 Г5-54, а вход Х – с гнездами Синхроимпульсы. По вольтметру генератора Г5-54 установите амплитуду основных импульсов 6 В (при нажатой кнопке делителя *0.3, стрелку установить на отметку 20).
4.2. Измерение амплитуды. Установите переключатель Вольт/ дел осциллографа так, чтобы сигнал на экране ЭЛТ занимал примерно пять делений. Ручкой Уровень установите устойчивое изображение. Установите переключатель Время/дел в положение, при котором на экране наблюдается несколько периодов исследуемого сигнала. Установите ручку ↕ так, чтобы нижний уровень сигнала совпадал с одной из нижних линий масштабной сетки ЭЛТ, а верхний уровень находился в пределах рабочей части экрана. Ручкой ↔ сместите изображение таким образом, чтобы максимум сигнала находился на центральной вертикальной линии ЭЛТ.
Измерьте вертикальное расстояние (в больших делениях и долях деления) между крайними точками размаха изображения сигнала. Умножьте измеренное расстояние на показание переключателя Вольт/дел.
Пример. Предположим, что размах составляет 4.8 деления, переключатель Вольт/дел установлен на отметку 0.5 В/дел, амплитуда сигнала будет Am = 4.80.5 = 2.4 В.
Рис. 4.6. Основные параметры импульсного сигнала: Аm – высота (амплитуда); Т – период; D – время запаздывания (временной сдвиг); – длительность; tн – время нарастания (передний фронт); tсп – длительность спада
4.3. Измерение периода и частоты. Установите переключатель Время/дел на скорость развертки, при которой расстояние между двумя соседними импульсами было 4-8 делений. Ручкой ↕ переместите изображение так, чтобы середина импульсов находилась на центральной горизонтальной оси. Ручкой ↔ установите изображение так, чтобы два импульса находились в пределах восьми центральных делений масштабной сетки.
Измерьте горизонтальное расстояние между передними фронтами 2-х импульсов. Умножьте измеренное расстояние на показание переключателя Время/дел. Если используется увеличенная скорость развертки (переключатель *1,*0.1, X установлен в положение *0.1), результат умножьте на 0.1.
Пример. Допустим, что расстояние между передними фронтами двух соседних импульсов составляет 5 делений, а переключатель Время/дел установлен на 0.1 мс/дел, растяжка (*0.1) не применяется, тогда T = 50.1 = 0.5 мс.
Частота сигнала является обратной периоду и определяется по формуле F = 1/T, где F [Гц], T [с].
Пример. В приведенном выше примере определили Т = 0.5 мс = = 0.0005 с. F = 1/0.0005 = 2000 Гц = 2 кГц.
4.4. Измерение длительности. Ручкой ↔ сместите изображение вправо так, чтобы в центре экрана был первый импульс от начала развертки. Установите переключатель Время/дел на скорость развертки, при которой импульс занимал на экране не менее 4 дел. Ручкой ↕ переместите изображение так, чтобы середина импульса находилась на центральной горизонтальной линии. Ручкой ↔ установите изображение так, чтобы импульс находился в пределах восьми центральных делений масштабной сетки ЭЛТ.
Измерьте горизонтальное расстояние между передним и задним фронтами импульса. Вычислите длительность импульса аналогично п.4.3.
4.5. Измерение времени запаздывания (временного сдвига D). Измерение времени запаздывания осуществляется аналогично п.4.4. В данном случае на экране ЭЛТ измеряется расстояние от начала развертки до переднего фронта импульса на уровне 0.5Am.
4.6. Измерение времени нарастания. На Г5-54 нажмите кнопку 0 переключателя Временной сдвиг. Измерение времени нарастания tH осуществляется аналогично п.4.4, в данном случае используется увеличенная скорость развертки (*0.1).
C помощью переключателя Время/дел и ручки ↔ на экране ЭЛТ устанавливается изображение переднего фронта импульса, измеряется время, за которое сигнал изменяется от 0.1Am до 0.9Am.
Выключить Г5-54, отсоединить осциллограф от него. Результаты измерений и вычислений по п.4.1-4.6 занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
Измерение параметров импульсного сигнала
Установлено на Г5-54 |
Измерено осциллографом | ||||||||
Am' В |
F' Гц |
D' мкс |
' мкс |
Am В |
T мс |
F Гц |
D мкс |
мкс |
tH мкс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7. Измерение основных параметров гармонического сигнала. Переключатель источника синхронизации осциллографа установите в положение Внутр., переключатель *1,*0.1, X – в положение *1, переключатель Вольт/дел - на отметку 5 В/дел. Соблюдая полярность, соедините кабелем вход У осциллографа с выходными гнездами генератора Г3-112 (генератор частоты FX). Установите регулятор выходного напряжения Г3-112 в положение, при котором размах по вертикали изображения на экране ЭЛТ не превышал 4 делений.
По методике п.4.2 и 4.3 измерьте амплитуду, период и частоту синусоидального сигнала (см.рис.4.7а). Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.2.
Рис.4.7. Основные параметры гармонического сигнала:
Um – амплитуда; Т – период; F = 1/T – частота; – фазовый сдвиг двух гармонических сигналов U1 и U2 одинаковой частоты, = 360Т/Т [o]
Таблица 4.2
Измерение параметров гармонического сигнала
Установлено на генераторе |
Измерено осциллографом | ||
FX', Гц |
UXm, B |
TX, мс |
FX, Гц |
|
|
|
|
4.8. Измерение частоты гармонического сигнала при синусоидальной развертке. Переключатель источника синхронизации осциллографа установить в положение Внеш.1:10, переключатель *1,*0.1, X – в положение X. Сохранив состояние приборов по п.4.7, соедините вторым кабелем вход Х осциллографа (соблюдая полярность) с левыми клеммами Выхода 2 генератора Г3-109.
Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения Г3-109, установите значение выходного напряжения UO = 3 В. С помощью ручки осциллографа ↔ установите изображение по центру экрана. Плавно изменяя частоту генератора Г3-109 (FO), получите неподвижную фигуру Лиссажу (см. рис.4.8а,б) при неизменном значении FX и отношении частот FX/FO = 1, 2, 3. Отношение числа касаний n неподвижной фигуры на экране ЭЛТ с одной из вертикальных сторон к числу касаний m с горизонтальной стороной характеризует кратность частот сравниваемых колебаний. Измеряемая частота Fх определяется из уравнения FX = FOm/n.
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.3.
Таблица 4.3
Измерение частоты при синусоидальной развертке
Установлено на генераторах |
Измерено |
Вычислено | ||
FX', Гц |
FO, Гц |
m |
n |
FX, Гц |
|
|
|
|
|
Рис.4.8. Измерение фазового сдвига и частоты
гармонического сигнала
4.9. Измерение частоты гармонического сигнала с использованием круговой развертки и яркостной модуляции. Подать на входы У и Х напряжения, сдвинутые по фазе на 90o (см.рис.4.5), для чего соедините кабелями (соблюдая полярность) вход У – с гнездами U2, вход Х – с гнездами U1 фазосдвигающей цепочки (расположена наверху на Г3-109). Положение органов управления осциллографом сохраняется по п.4.8.
Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения Г3-109, установите выходное напряжение UO = 3 В при FO = 600 Гц. Ручку резистора R1 фазосдвигающей цепочки поверните влево до отказа (R1 = 0). Плавно поворачивая ручку резистора R2, получите изображение на экране ЭЛТ в виде круга. Установите наименьшую яркость изображения ручкой осциллографа . Установите значение частоты Г3-112 FХ = 6000 Гц. Соедините третьим кабелем вход Z осциллографа (соблюдая полярность) с выходом генератора Г3-112.
Изображение окружности на экране становится пунктирным (см. рис.4.8,в). Плавно изменяя частоту генератора Г3-109, получите неподвижное изображение. Измеряемая частота FX определится из уравнения FX = MFO, где M – число светящихся штрихов на окружности. Изменяя частоту FX', получите другую неподвижную фигуру. Результаты 2-3 измерений и вычислений частоты FX (для FO = const и M = 515) занесите в таблицу 4.4.
Таблица 4.4
Измерение частоты при круговой развертке
Установлено на генераторах |
Измерено |
Вычислено | |
FX', Гц |
FO, Гц |
М |
FX, Гц |
|
|
|
|
Выключить Г3-112, отсоединить вход Z осциллографа от генератора. На осциллографе установить необходимую яркость круга.
4.10. Измерение фазового сдвига. Схема соединений и положение органов управления сохраняется по п.4.9. Изменяя сопротивление резистора R1, получить на экране фигуру Лиссажу в виде эллипса (см.рис.4.8,а). Поочередно отключая один из сигналов, совместить светящиеся линии с центральными осями координатной сетки осциллографа ручками ↕ и ↔. Подать оба сигнала на соответствующие входы осциллографа. Измерить расстояния 2А и 2Б на экране и по формуле = arcsin(2Б/2А) вычислить фазовый сдвиг.
Выключите генераторы и осциллограф.