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

8626. Философия Аристотеля. Аристотель кается перед Платоном 92.5 KB
  Философия Аристотеля Вопросы: 1. Что Аристотель называет началом, которым «должен владеть всякий, кто постигает какую-либо вещь»? При помощи какого метода строит свою философию Аристотель? 2. В чём состоит критика Аристотелем Платоновской теории иде...
8627. Философия Средних веков (богословие) и эпохи Возрождения 130 KB
  Философия Средних веков (богословие) и эпохи Возрождения Вопросы: 1. В чём отличие богословия от философского мышления? 2. Какие ступени познания выделяет Плотин? В чём отличие учения Плотина от богословия? 3. Какие два монотеизма противостоят друг ...
8628. Философия Р.Декарта и Ф.Бэкона 249 KB
  Философия Р.Декарта и Ф.Бэкона Р.Декарт РАЗЫСКАНИЕ ИСТИНЫ ПОСРЕДСТВОМ ЕСТЕСТВЕННОГО СВЕТА, который сам по себе, не прибегая к содействию религии или философии, определяет мнения, кои должен иметь добропорядочный человек относительно всех предметов, ...
8629. Философия И.Канта 102.5 KB
  Философия И.Канта Вопросы: 1. В чём отличие эмпирических знаний от априорных? 2. Какие признаки априорного знания выделяет И.Кант? Какова задача философии, по Канту? Чем обусловлена постановка задачи? 3. Какую классификацию суждений предлагает Кант?...
8630. Русская религиозная философия 19-20 веков 68 KB
  Русская религиозная философия 19-20 вв. Вопросы: 1. Какой должна стать русская философия? С каким предметом она должна иметь дело? 2. Как И.Ильин аргументирует необходимость отказа от намеренного выдумывания философских систем? 3. Каков закон иссл...
8631. Сознание как философская категория 56.5 KB
  Сознание как философская категория Вопросы: 1. Какие правила мышления выделяет И.Кант? Как понимается мышление в европейской традиции? 2. Что такое сознание? Как формулирует своё предназначение человек сознающий? 3. Каковы свойства гармонии, носител...
8632. Проблема познания в философии 105 KB
  В каком смысле акты научного познания - свободные явления. Можно ли рассматривать знание законов как актуализацию готовых смыслов и сущностей. Можно ли рассматривать знание как превращение...
8633. Личность как философская категория 158.5 KB
  Человек бесчувственный. За что критикует К.Льюис авторов одного из английских учебников для старших классов. Какие следствия имеют взгляды данных авторов. Какая мыслительная традиция...
8634. Философия общества. Соотношение понятий культура и цивилизация 180.5 KB
  Философия общества. Соотношение понятий культура и цивилизация. Изложите критику социального материализма. Изложите критику социального психологизма. Каковы сущностные признаки общественного явления...