Содержание
1.Определение фазового сдвига 5
ГОСТ 30421-96 Измерители электрической емкости, активного сопротивления и тангенса угла потерь высоковольтные. Общие технические условия 16
5. Заключение 17
Работа, проведенная мною во время преддипломной практики, дала необходимый мне набор знаний для разработки новой методики осциллографических измерений фазового сдвига. 17
В ходе работы приобретены знания и навыки: 17
- Природа фазового сдвига, способы его измерения 17
- Стандарты, необходимые для разработки методики 17
- Измерение фазового сдвига с помощью осциллографа АКИП-4115/1А 17
- Измерение фазового сдвига с помощью осциллографа C1-65A 17
- Навыки использования генератора сигналов низкочастотных Г3-118 17
- Навыки использования генератора сигналов специальной формы АКИП-3407/1А 17
- Навыки использования калибратора фазы Ф1-4 17
Библиографический список 18
ГОСТ Р 8.563-2009 18
Введение
Человечество давно искало способы отображать графически временную зависимость сложных колебаний (сигналов). Область науки и техники, посвященная решению этой задачи, получила название осциллографии. А приборы для наблюдения временных зависимостей различных изменяющихся величин получили название осциллоскопов, а в дальнейшем, после приспособления их к достаточно точным и быстрым измерениям, — осциллографов. Слово «осциллограф» образовано от слов «осциллум» — колебания и «гра-фо» — пишу. Отсюда и назначение этого измерительного прибора — отображать на экране кривые, характеризующие форму тех или иных колебаний. Другое название этого прибора — осциллоскоп происходит от того же «осциллум» и «ско-пео» — смотрю. Т. е. речь идет опять-таки о наблюдении формы колебаний. И хотя второе название более точное, в литературе на русском языке принято все же первое — осциллограф.
Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.
Заданием данной работы является разработка новой методики выполнения косвенных измерений на современном оборудовании, с учетом его характеристик и особенностей интерфейса.
Данная работа актуальна на сегодняшний день, так как разработанная в результате методика будет применяться студентами технических специальностией. Лабораторные работы, которые будут проводиться на современном оборудовании, позволят получать более точные измерения. Также сам процесс проведения лабораторных работ будет значительно упрощена при помощи обновленного, более удобного интерфейса рабочих установок. Также благодаря возможности подключения к осциллографическому оборудованию USB устройств через стык USB-2 (2-го интерфейса) результаты работы на установке можно перенести на компьютер и соответственно там проводить расчеты, углубленно изучать полученные данные.
Прежде, чем приступить к разработке новой методики необходимо ознакомиться с природой явления «фазовый сдвиг» и известными способами его измерения.
Определение фазового сдвига
Фазовым сдвигом φ называется модуль разности аргументов двух гармонических сигналов одинаковой частоты и, т. е. разности начальных фаз:Фазовый сдвиг является постоянной величиной и не зависит от момента отсчета. Обозначим через ∆T интервал времени между моментами, когда сигналы находятся в одинаковых фазах, например при переходах через нуль от отрицательных к положительным значениям. Тогда фазовый сдвиг или(1)где Т — период гармонических сигналов. Фазовый сдвиг появляется, когда электрический сигнал проходит через цепь, в которой он задерживается. Колебательные контуры, фильтры, фазовращатели и другие четырехполюсники вносят фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями φ = ωtз где tз — длительность задержки в секундах. Усилительный каскад обычного типа вносит фазовый сдвиг, равный π. Многие радиотехнические устройства: радиолокационные, радионавигационные, телевизионные, широкополосные усилители всех назначений, фильтры — характеризуются наряду с другими параметрами фазочастотной характеристикой φ(ω), т. е. зависимостью фазового сдвига от частоты. Фазовая модуляция и манипуляция широко применяются в аппаратуре телеметрии и связи; измерение фазового сдвига в этих устройствах является определяющим как при настройке, так и в эксплуатации. Если напряжения с одинаковыми частотами имеют несинусоидальную форму, то фазовый сдвиг рассматривается между их первыми гармониками; при измерении напряжение высших гармоник отфильтровывается с помощью фильтров нижних частот. Можно такие напряжения характеризовать временным интервалом ∆T. Для измерения фазового сдвига применяют следующие методы: осциллографический, компенсационный, преобразования фазового сдвига в импульсы тока, метод дискретного счета и др. Задачей моей преддипломной практики было изучить осциллографический метод.
2. Методики осциллографических измерений фазового сдвига
Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой разверток. Ограничимся рассмотрением первых двух способов, как наиболее распространенных. ^ Способ линейной развертки. В каналы вертикального отклонения двухлучевого или двухканального осциллографа подают напряжения и; генератор развертки осциллографа включен. Уравнивают амплитуды обоих напряжений. Осциллограмма будет иметь вид. Фазовый сдвиг вычисляют по формуле (1), подставляя измеренные длины отрезковl и ∆l, соответствующие Т и ∆T. Способ синусоидальной развертки осуществляется с помощью однолучевого осциллографа. В канал вертикального отклонения подается напряжение , а в канал горизонтального; генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса, уравнение которого имеет видгде В и А — максимальные отклонения по вертикали и горизонтали соответственно. Положив х = 0, получим вертикальный отрезок у0=В sin; положив у=0, получим горизонтальный отрезок х0 = A sin φ. Отсюда: sin φ = ± у0/В = ± х0/А. Перед измерением удобно уравнять максимальные отклонения по вертикали и по горизонтали (А = В); тогда у0 = х0. Для вычисления фазового сдвига измеряют по осциллограмме отсекаемые на координатных осях отрезки 2х0 или 2у0 и сторону прямоугольника 2А или 2В, в который вписан эллипс: (4) Способ синусоидальной развертки не позволяет определить фазовый сдвиг однозначно. Когда оси эллипса совпадают с осями координат, фазовый сдвиг φ равен 90о или 270°. Если большая ось эллипса располагается в первом и третьем квадрантах, то фазовый сдвиг 0 < φ < 90° или 270° < φ < 360°; если во втором и четвертом, то 90°<φ<180° или 180°< φ < 270°. Для устранения неоднозначности нужно ввести дополнительный сдвиг 90°, и по изменению вида осциллограммы легко определить действительный фазовый сдвиг. Например, получили φ, равный 30о или 330°. Ввели дополнительно +90°. Если осциллограмма осталась в прежних квадрантах, то φ = 330°; если переместилась во второй и четвертый, то φ=30°. Осциллографический метод не требует никаких дополнительных приборов и прост по идее. Однако он является косвенным, требует линейных измерений и вычислений, что приводит к значительным погрешностям. Общая погрешность складывается из случайных погрешностей — измерения длин отрезков, совмещения следа луча с линиями масштабной сетки и конечного значения диаметра светового пятна на экране осциллографа, и систематических—инструментальной и методической. Инструментальная погрешность возникает за счет наличия собственных фазовых сдвигов в каналах осциллографа. Методическая погрешность связана с наличием гармоник в исследуемых напряжениях