Лабораторные работы 5 симестр / Распределительные системы / UMP_FVP_2

Rобр

Параллельное соединение элементов Rобр и Cобр в мостовой

схеме используют для измерения параметров катушек с низкой добротностью ( Q <30).

Для катушек с высокой добротностью лучшую сходимость имеет схема с последовательным соединением и Cобр .

Резонансный метод

Резонансный метод измерения применяется в высокочастотных измерителях индуктивностей, емкостей и сопротивлений, так как в области низких частот резонансные явления проявляются менее резко, что не обеспечивает достаточной точности измерений.

Известен ряд разновидностей резонансного метода, из которых наибольшее практическое применение получил метод Q-метра и метод двух генераторов с индукцией резонанса по нулевым биениям

[8,9,11].

Метод Q-метра, реализуется в измерителях добротности, позволяет также косвенным путем осуществить измерение индуктивности, емкости и сопротивления измеряемого объекта.

Принцип действия Q-метра поясним на примере схемы, приведенной на рис. 3.26, обеспечивающей измерение индуктивности ка-

тушки LX при наличии образцового конденсатора переменной емкости Cобр .

Рис. 3.26. Схема измерения индуктивности методом Q-метра

61

Катушка LX , имеющая сопротивление RX , и конденсатор Cобр

составляют последовательный колебательный контур. Источником питания служит высокочастотный генератор ГВЧ.

Конденсатор переменной емкости Cобр обеспечивает настройку

колебательного контура в резонанс на частоте измерения.

При резонансе напряжение на конденсаторе UC , если добротность достаточно высока, пропорционально добротности катушки

(UC ErQ ).

Искомую индуктивность рассчитывают по формуле [8,9,11]:

	LX		1		,	(3.103)
			2Cобр
	где значение резонансной емкости Cобр					определяется по шкале пе-

ременного конденсатора.

Метод Q-метра используется в измерителях добротности, обеспечивающих измерения в диапазоне частот от 1 кГц до 300 МГц.

Кпреимуществам метода относится возможность измерения параметров в широком диапазоне частот.

Кнедостаткам можно отнести косвенный характер измерения параметров L, C, R, достаточно большую погрешность измерений 0,5

—5% и слабую помехозащищенность, так как в Q-метрах используется двухзажимный способ присоединения измеряемых объектов.

В основу метода двух генераторов положена зависимость частоты генератора с самовозбуждением от реактивных элементов резонансного контура.

Для повышения разрешающей способности и точности измерений применяются два генератора, а момент резонанса фиксируется по нулевым биениям.

Схема измерителя индуктивности и емкости с использованием генераторов с самовозбуждением приведена на рис. 3.26.

В схеме имеются два высокочастотных генератора ГВЧ1 и ГВЧ2, собранных по одинаковой схеме. В зависимости от рода работы измерителя (измерение индуктивности или емкости) в колебательный

контур генератора ГКЧ1, образованный индуктивностью L1 и емко-

62

стью С1, включается последовательно измеряемая индуктивность LX или параллельно измеряемая емкость CX .

Колебания высокой частоты обоих генераторов подается на смеситель (СМ). Колебания резонансной частоты с выхода смесителя усиливаются усилителем низкой частоты (УНЧ) и подаются на фильтр нижних частот (ФНЧ).

Сигнал с ФНЧ усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и подается на индикатор нулевых биений (ИНБ).

Сначала измерительные зажимы 1 и 2 колебательного контура генератора ГВЧ1 закорачиваются и изменением емкости конденсатора С2 частоту генератора ГВЧ2 настраивают на частоту первого генератора.

При этом выполняется равенство:

	C L C'			L		(3.104)
	1	1	2	2
При измерении индуктивности					LX последняя подключается в
контур генератора ГВЧ1 последовательно с						L1 к зажимам 1, 2, и
вновь, изменяя емкость конденсатора C2 , добиваются равенства час-
тот обоих генераторов.
В этом случае выполняется равенство
C ( L L ) C L						(3.105)
1	X	1		2	2
Отсюда с учетом (3.104)
L	L ( C C				) C	(3.106)
X	2		2	2	1

При измерении емкости конденсатор C X подключается парал-

лельно C1 .

Выполнив те же операции настройки, получим искомую вели-

чину [9,11]:

C	X	L ( C C	) L .	(3.107)
		2 2 2	1
		63

К преимуществам метода двух генераторов можно отнести достаточную простоту схемотехнических решений и как следствие этого низкую стоимость измерителей.

Индикация равенства частот генераторов по биениям обеспечивает высокую разрешающую способность метода, что позволяет использовать ее для измерения малых измерений параметров компонентов.

Погрешность измерения указанным методом составляет 0,5—

15%.

Основным недостатком метода является зависимость частоты измерения от номинала измеряемого объекта, т.е. невозможность измерения на какой-либо заранее выбранной фиксированной частоте, а также невозможность измерения потерь в конденсаторах или катушках индуктивности и слабая защищенность от паразитных параметров, присущая всем двухзажимным измерителям.

Метод используется в высокочастотных измерителях индуктивностей и емкостей.

3.16 Лабораторная работа №1 “Исследование однопроводной линии передач”

Описание экспериментальной установки

В данной работе промоделирована реальная установка. На рис. 3.27 представлена ее структурная схема. Установка предназначена для исследования линий поверхностной волны. На рисунке цифрами обозначено: 1 — генератор, 2 — волномер, 3 — переход от коаксиальной линии к коническому рупору, 4 — измерительный усилитель.

Рис. 3.27. Структурная схема экспериментальной установки

64

Для исследования поля вблизи линии используется зонд, связанный коаксиальной линией с резонатором 5, выполненный как единое целое с детекторной секцией. Резонатор закреплен на каретке, которая может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это дает возможность снимать распределение поля в поперечном и продольном направлениях и, в частности, измерить длину поверхностной волны.

Основные задания

Лабораторная работа предназначена для осуществления виртуальных измерений, — определения длины волны в однопроводной линии и нахождения зависимости радиальной составляющей поля от расстояния до линии. В программе приводится полная теория по данной лабораторной работе. Кроме того, имеется возможность сдачи допуска (в виде теста) на знание теории к работе.

После всех проделанных измерений в работе можно создать отчет для просмотра и сравнения экспериментальных значений с теоретическими. Также в программе имеется возможность сохранения и загрузки результатов измерений.

В работе необходимо выполнить следующие задания:

1.Ознакомиться с принципом передачи электромагнитной волны вдоль однопроводной линии, с расчетом распределения поля и выводом дисперсионного уравнения.

2.Вычислить замедление n электромагнитной волны в однопро-

водной линии для ряда значений λ0 (от 30 мм до 40 мм с шагом 1 мм) и заданных параметров: a=1,25 мм; b=0,34 мм; ε = 2,25 мм. Для этого составить программу на ЭВМ. Таблицу полученных значений занести

вотчет по лабораторной работе и построить график n(λ0).

3.Экспериментально определить замедление поверхностной

волны для нескольких длин волн λ0 (30 мм<λ0<40 мм). Величина λ0 измеряется с помощью волномера, λn — с помощью зонда. Нанести экспериментальные точки на график с расчетной кривой.

Для обеспечения большей точности измерений нужно поступить следующим образом. Рассогласовав нагрузку, добиваются в линии режима стоячих волн. На некотором удалении от рупора, где излучаемое рупором поле оказывается мало, находят минимум, перемещая каретку вдоль линии. Проходят 10—15 максимумов, находят положе-

65

ние минимума Xm . Как нетрудно видеть, n 2 X m X1 , где m — m

число максимумов. Во избежание ошибки при расчете m измерения можно проделать для 2—3 значений m.

4.Снять распределение поля в радиальном направлении для крайних длин волн рабочего диапазона, и сравнить их при одинаковых начальных показателях прибора.

5.Сравнить качественно распределение при разных замедлениях, вычертив распределения в одном масштабе на одном графике.

Принцип работы программы

Рассмотрим принцип работы программы. При запуске файла Lab2.exe появляется стартовое меню программы, приведенное на рис.3.28.

Рис. 3.28. Стартовое меню программы

С помощью стартового меню можно запустить непосредственно окно лабораторной работы, открыть окно теории, для ознакомления с теоретической частью работы, а также открыть окно сдачи теста. Что-

66

бы запустить требуемое окно, необходимо нажать на соответствующую кнопку. При нажатии ―Выход‖ программа завершится.

Для того чтобы правильно проводить измерения необходимо знать теоретическую часть лабораторной работы. Данная часть программы позволяет ознакомиться с ней. Для этого нужно открыть окно теории (рис. 3.29). Это можно сделать из стартового меню (рис. 3.28), а также из окна лабораторной установки.

Рис. 3.29. Окно теории

Вся теория поделена на разделы. Чтобы выбрать необходимый раздел, следует нажать на кнопку соответствующего заголовка в верхнем правом углу окна. При выборе раздела, он отображается на поле в левой части окна. Страница с описанием теории представлена в виде HTML-страницы.

С помощью этого окна можно просмотреть следующие разделы: ‖Введение‖, ‖Распространение поверхностной волны‖, ‖Описание экспериментальной установки‖, ‖Задание по работе‖.

После ознакомления с теорией можно перейти к сдаче допуска. Для этого следует нажать на кнопку ―Допуск‖.

67

Допуск оформлен в виде теста и запускается в отдельном окне (рис. 3.30). Вызвать окно теста можно из стартового окна (рис. 3.28), окна лабораторной установки, а также окна теории.

Рис. 3.30 Окно теста

В поле ―Вопрос‖ в центре экрана отображаются вопросы. Каждый вопрос имеет 4 варианта ответа. Чтобы ответить на вопрос, необходимо нажать на кнопку с соответствующим номером ответа. После этого появится следующий вопрос. Номер текущего вопроса отображается в верхней части окна. А результаты ответов — на индикаторах в нижней части окна. При правильном ответе текущий индикатор загорается зеленым цветом, при неправильном — красным. Серые индикаторы показывают вопросы, на которые еще предстоит ответить.

Всего в тесте необходимо ответить на 10 вопросов. По окончанию теста будет показана оценка результата. Для сдачи допуска необходимо правильно ответить на 8 или более вопросов, при этом можно автоматически перейти в окно лабораторной установки. Однако если набрано менее 8 баллов, то придется пройти тест сначала, т.к. вы не будете допущены к лабораторной работе.

68

Каждый новый тест строится путем выбора 10 случайных неповторяющихся вопросов из 21. Это позволит сделать большое количество различных вариантов теста.

Принцип работы лабораторной установки

Лабораторная установка воспроизведена в программе в соответствии с описанием и дополнена некоторыми элементами управления, для облегчения выполнения измерений.

Данная работа предусматривает выполнение двух различных типов измерений, представленных в виде двух заданий. Для каждого из заданий имеется свое окно. После выполнения первого задания (рис. 3.31), пользователь переходит ко второму (рис. 3.32). Из окна второго задания можно непосредственно перейти к окну отчета.

Рис. 3.31 Окно лабораторной установки для задания №1

69

Рис. 3.32 Окно лабораторной установки для задания №2

Виртуальная лабораторная установка состоит из генератора, волномера, двух конических рупоров, измерительного усилителя и резонатора, связанного с зондом. Для изменения положения зонда и изменения частоты генератора предусмотрены соответствующие регуляторы.

Вфайловом меню окна установки имеются следующие подменю: ―Работа‖, ―Теория‖ и ―О программе‖. Первое подменю предназначено для выполнения следующих функций: начать новую работу (при этом старые результаты будут потеряны), загрузить результаты измерений (результаты загружаются из текстового файла с расширением res), завершить программу. С помощью подменю ―Теория‖ можно загрузить окно теории или окно сдачи допуска, а также открыть любой конкретный раздел теории. При помощи подменю ―О программе‖ можно посмотреть сведения о программе.

Вправой части окна имеется панель результатов, с помощью которой осуществляется запись результатов измерений, которые отображаются в соответствующей таблице. Для записи измерений имеет-

70