16524

Поверка вольтметра В-7-72 и генератора ГЗ-118

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Поверка вольтметра В772 и генератора ГЗ118 Лабораторная работа №3 Цель и задачи работы В данной лабораторной работе необходимо провести исследование различных способов измерения разности фаз двух гармонических колебаний на примере осцилло...

Русский

2013-06-22

100 KB

7 чел.

PAGE  2

Поверка вольтметра В-7-72 и генератора ГЗ-118

Лабораторная работа №3

Цель и задачи работы

В данной лабораторной работе необходимо провести исследование  различных способов измерения разности фаз двух гармонических колебаний на примере осциллографического, компенсационного методов и методов преобразования в постоянное напряжение и дискретного счёта; оценить погрешность измерения данных методов.

Краткие теоретические сведения

Разность фаз двух гармонических колебаний  и определяют как . Если частоты колебаний одинаковы, то разность фаз  не зависит от времени.

Понятие разности фаз обычно связывают с гармоническими колебаниями, но иногда разностью фаз характеризуют и временной сдвиг Т между импульсами двух периодических последовательностей импульсов с периодом повторения Т. В этом случае разность фаз

Фазовый сдвиг появляется, когда электрический сигнал проходит через цепь, в которой он задерживается: колебательные контуры, фильтры, фазовращатели (в данной работе применялся фазовращатель в виде RC-цепочки) и другие четырёхполюсники.

Наибольшая точность в измерении фазовых сдвигов достигается на низких частотах, поэтому для измерения фазовых сдвигов высокочастотных колебаний применяют преобразование частоты, причём способов преобразования частот очень много: стробоскопическое преобразование, умножение частоты и др.

Для измерения фазового сдвига применяют следующие методы:

  •  осциллографический;
  •  компенсационный;
  •  преобразования в постоянное напряжение;
  •  дискретного счёта.


Измерение фазового сдвига

Осциллографический метод

Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой развёрток. Измерения мы проводили первыми двумя способами (они являются наиболее распространёнными).

Способ линейной развёртки. В каналы вертикального отклонения двухканального (двухлучевого) осциллографа подавались напряжения  и ;
генератор развёртки осциллографа включен. При уравненных амплитудах сигналов осциллограмма выглядела как на рисунке. Фазовый сдвиг был вычислен по формуле

36044

Погрешность при таком способе измерения фазового сдвига (в данном случае погрешность двухканальности) была определена по этой же формуле (но измерения проводились без фазовращателя) и составила 6.6.

Способ синусоидальной развёртки. Данный способ осуществлялся при помощи однолучевого осциллографа (точнее использовался один канал имеющегося); в канал вертикального отклонения подавалось напряжение , а в канал горизонтального -  ; генератор развёртки был выключен. На  экране осциллографа появилась осциллограмма в виде эллипса, из уравнения которого можно получить:

51

59

Также разность фаз можно найти, зная диагонали эллипса в соответствии с формулой

46.

Погрешность при таком способе измерения фазового сдвига была определена по этой же формуле (но измерения проводились без фазовращателя) и составила 3.8. Способ синусоидальной развёртки не позволяет определить фазовый сдвиг однозначно.

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.

Метод преобразования разности фаз
в постоянное напряжение

В данной части лабораторной работы проводилось измерение сдвига фаз при помощи стрелочного фазометра Ф2-1, принцип действия которого основан на преобразовании разности фаз в постоянное напряжение (структурная схема приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 1).

Такое преобразование основано на формировании меандра из гармонических входных сигналов и позволяет строить простые фазометры, точность которых на НЧ может быть достаточно высокой. Существует несколько способов преобразования измеряемой разности фаз в напряжение, наиболее простым из них является однополупериодное преобразование.

Однополупериодное преобразование. В этом методе из входных напряжений получают последовательности коротких импульсов, совпадающих во времени с моментами переходов входных напряжений через нуль с положительной производной. Импульсы периодически запускают и возвращают триггер в исходное состояние. Импульсное напряжение с выхода триггера поступает на ФНЧ, выделяющий среднее значение, которое измеряют прибором, в данном случае вольтметром. Идеальная градуировочная характеристика такого фазометра линейна в пределах 0-360.

Погрешность преобразования обусловлена непостоянством напряжения (амплитуда импульса на выходе триггера), шумами, уходом уровней формирования из-за непостоянства питающих напряжений, температуры и конечным быстродействием триггера. Большую погрешность может вызвать изменение амплитуд входных сигналов.

Возможно также применение двухполупериодного преобразования, основное преимущество которого заключается в устойчивости к уходам уровней формирования в каналах.

Результат, полученный нами таким способом, говорит об  опережении на =50.

Метод дискретного счёта

В данной части лабораторной работы мы измеряли фазовый сдвиг при помощи электронно-счётного измерителя сдвига фаз (структурная схема приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 1); результат полученный составил =53.7.

Измерение фазового сдвига методом дискретного счёта основано также на формуле  , в которой вместо интервалов времени следует подставить соответствующее им число импульсов с постоянной частотой повторения. Прямопоказывающие фазометры такого типа называют электронно-счётными или цифровыми фазометрами.

Существует множество схем цифровых фазометров, но преимущественное распространение получили интегрирующие фазометры, в которых результат измерения представляет собой среднее значение фазового сдвига за большое число периодов измеряемого напряжения. В таких фазометрах обеспечивается хорошая помехозащищённость.

Погрешность измерения складывается из случайной погрешности дискретности (возможности потери одного счётного импульса в группе, и возможности потери части группы в интервале усреднения).

Обработка результатов измерений и Выводы

В данной лабораторной работе мы провели исследование  различных способов измерения разности фаз двух гармонических колебаний на примере осциллографического метода, а также методов преобразования в постоянное напряжение и дискретного счёта; оценили погрешность измерения данными методами. Таким образом, мы получили результаты:

  1.  Осциллографический метод
  •  Линейная развёртка =45, сист=6.5
  •  Синусоидальная развёртка 1=46, сист=3.8
  •    2=51, сист=3.8
  •    3=58, сист=3.7

  1.  Метод преобразования в напряжение =+50
  2.  Метод дискретного счёта  =53.7

Проведём обработку полученных результатов в соотвествии с установленными правилами. Для этого:

  •  Найдём действительное значение Ф сдвига фаз как среднее арифметическое из N проведённых измерений по формуле
                                      ;
  •  Для исключения грубых погрешностей вычислим и оценим разности ;
  •  Вычислим оценку среднеквадратичного отклонения отдельных наблюдений и среднего арифметического соответственно по формулам
                       
  •  По доверительной вероятности 0.95 найдём доверительный интервал, пользуясь плотностью распределения Стьюдента.

Полученные результаты занесём в сводную таблицу:

N

xi

Ф =x

vi

tN,

Доверит. Интервал

1

46



50.5

6.5



5.32



2.17



2.6



=5.642; Р=0.95
(
5.6)

2

46

4.5

3

50

-0.5

4

58

-8.5

5

50

0.5

6

53

-2.5

 Ф=50.55.6; Р=0.95.

Мы измерили разность фаз тремя способами: путём её преобразования во временной интервал, в постоянное напряжение и сравнением с образцовой разностью фаз, воспроизводимой измерительным фозовращателем (не проводилось из-за неисправности стенда). Первые два метода дают наибольшую точность на НЧ, поэтому ВЧ измеряемых сигналов снижают путём преобразования частоты. Измерение разности фаз путём её преобразования во временной интервал может быть реализовано путём измерений в цифровой форме периода измерительного и опорного сигналов и их временного сдвига.


EMBED PBrush  

EMBED PBrush  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13303. ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО 1.99 MB
  Жилищный фонд включает недвижимое имущество с установленными правами владения, пользования и распоряжения в границах имущества: земельные участки и прочно связанные с ними жилые дома с жилыми и нежилыми помещениями, хозяйственные приусадебные постройки, зеленые насаждения с многолетним циклом развития
13304. Siemens. Каскадне регулювання Ручна установка параметрів регулювання без знання характеристики обладнання 681 KB
  Siemens. Каскадне регулювання Ручна установка параметрів регулювання без знання характеристики обладнання Параметри регулювання для оптимального регулювання устаткування в цьому випадку ще невідомі. Для утримання регулюючого контура в стабільному стані є наступні з...
13305. Вивчення і дослідження автоматичної системи позиційного регулювання 872.5 KB
  Лабораторна робота №1 Вивчення і дослідження автоматичної системи позиційного регулювання Тема: Вивчення і дослідження автоматичної системи позиційного регулювання Мета: Навчитись працювати з універсальним локальним регулятором ТРМ138 в якості системи позиційно...
13306. Анализ комплекса геодезических работ выполняемых на объекте Многоквартирный жилой дом в р.п. Ванино 4.51 MB
  Рассмотрены вопросы проектирования и строительства инженерных сооружений. Раскрыт состав геодезических работ. На примере данного объекта рассмотрен комплекс инженерно-геодезических изысканий. Затронут вопрос геодезического контроля и сроках сдачи исполнительных съёмок.
13307. Розробка програмного забезпечення для візуалізації управління технологічною ділянкою 1.32 MB
  Лабораторна робота №5 Розробка програмного забезпечення для візуалізації управління технологічною ділянкою Тема: Дослідження мікропроцесорного контролера МІК51 для керування технологічною ділянкою Мета: Навчитись працювати з мікропроцесорного контролера МІК5...
13308. Дослідження автоматичної системи регулювання на базі регуляторів ТРМ-101 548 KB
  Лабораторна робота №4 Дослідження автоматичної системи регулювання на базі регуляторів ТРМ101 Тема: Вивчення і дослідження автоматичної системи позиційного регулювання Мета: Навчитись працювати з універсальним локальним регулятором ТРМ101 в якості системи пози
13309. Вивчення і дослідження автоматичної системи позиційного та ПИД регулювання 1.5 MB
  Тема: Вивчення і дослідження автоматичної системи позиційного та ПИД регулювання. Мета: Навчитись працювати з регуляторами температури одно канальний РТпозиційний та двоканальний РТПИД фірми ТЕРА. Вступ Автоматизація повсюдно рахується головним найбільш персп...
13310. Дослідження мікропроцесорного контролера МІК-51 для каскадного керування технологічною ділянкою 1.19 MB
  Лабораторна робота №1 Дослідження мікропроцесорного контролера МІК51 для каскадного керування технологічною ділянкою Тема: Дослідження мікропроцесорного контролера МІК51 для керування технологічною ділянкою Мета: Навчитись працювати з мікропроцесорного контр
13311. Дослідження локального регулятора SIPARD DR21 для керування технологічною ділянкою 1.8 MB
  Тема: Дослідження локального регулятора SIPARD DR21 для керування технологічною ділянкою Мета: Навчитись працювати з локальними регуляторами SIPARD DR21 для керування технологічною ділянкою 1. Вступ Автоматизація виробництва завжди була однією з основних складових