50813

ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Получение навыков измерения переменного электрического напряжения; 1. Ознакомление с особенностями влияния формы и частоты измеряемого напряжения на показания средств измерений; 1. Приобретение представления о порядке работы с электроизмерительными приборами при измерении переменного напряжения.

Русский

2014-01-31

248.5 KB

15 чел.

  1.  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1.1. Цель работы.

1.1.1. Получение навыков измерения переменного электрического напряжения;

1.1.2. Ознакомление с особенностями влияния формы и частоты измеряемого напряжения на показания средств измерений;

1.1.3. Приобретение представления о порядке работы с электроизмерительными приборами при измерении переменного напряжения.

1.2. Основные теоретические положения.

При измерении переменного напряжения синусоидальной формы, как правило, интересуются его среднеквадратическим (действующим) значением.

Действующее значение переменного напряжения UД находят, используя известную зависимость между UД и мгновенным значением измеряемого напряжения u(t):

где Т - период переменного напряжения.

Действующее значение переменного напряжения может быть измерено электромагнитными (диапазон частот от 20 Гц до 1-2 кГц), электродинамическими (диапазон частот от 20 Гц до 2-5 кГц), ферродинамическими (диапазон частот от 20 Гц до 1-2 кГц), электростатическими (диапазон частот от 20 Гц до 10-20 МГц), термоэлектрическими (диапазон частот от 10 Гц до 10-100 мГц) и электронными (диапазон частот от 20 Гц до 0,1-1 ГГц) вольтметрами.

Иногда, особенно в тех случаях, когда форма электрического сигнала отличается от синусоидальной, измеряют средневыпрямленное и амплитудное значения переменного напряжения.

Средневыпрямленное значение переменного напряжения Uсв определяют как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период:

Средневыпрямленное значение может быть измерено выпрямительным электромеханическим вольтметром (диапазон частот от 20 Гц до 10-20 кГц) или электронным вольтметром (диапазон частот от 10 Гц до 10-100 МГц).

Для периодических колебаний произвольной формы связь между средневыпрямленным и среднеквадратическим значениями определяется соотношением

где Кф - коэффициент формы, значения которого для некоторых случаев приведены в табл. 1.1.

Амплитудное значение Um гармонического напряжения связано с его текущим u(t) значением известной зависимостью:. Для периодических колебаний другой формы эта зависимость может быть сравнительно легко определена. Что касается непериодических сигналов, то они характеризуются пиковыми значениями (максимальными значениями из всех мгновенных значений за время наблюдения).

Амплитудное и пиковое значения могут быть измерены электронными вольтметрами пикового (амплитудного) значения (диапазон частот от 20 Гц до 10-100 МГц), а также с помощью осциллографов различного типа (диапазон частот от 0,1 Гц до 10-100 ГГц).

Для периодических колебаний произвольной формы связь между амплитудой сигнала и его среднеквадратическим значением определяется по формуле

где Кa - коэффициент амплитуды, значения которого для некоторых часто встречающихся случаев приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Форма сигнала

Kф

Kа

1,11

1,41

1

1

1,16

1,73

Описание лабораторного стенда.

Лабораторный стенд представляет собой LabVIEW компьютерную модель, располагающуюся на рабочем столе персонального компьютера.

На стенде находятся модели электромагнитного и электродинамического вольтметров, электронного вольтметра с амплитудным детектором, проградуированного в действующих значениях гармонического напряжения, электронных милливольтметров средневыпрямленного и среднеквадратического значения, электронного осциллографа и генератора сигналов специальной формы (рис. 1.1.).

Рис.1.1. Модель лабораторного стенда на рабочем столе компьютера при выполнении работы 1.(1–электромагнитный вольтметр, 2-электродинамический вольтметр, 3-электронный вольтметр с амплитудным детектором, 4-электронный вольтметр средневыпрямленного значения, 5-электронный вольтметр среднеквадратического значения, 6-электронный осциллограф, 7-генератор сигналов специальной формы).

При выполнении работы модели средств измерений и вспомогательных устройств служат для решения описанных ниже задач.

Модели электромагнитного и электродинамического вольтметров, а также электронного вольтметра с амплитудным детектором используются при моделировании процесса прямых измерений действующего значения переменного электрического напряжения синусоидальной формы методом непосредственной оценки.

Модели электронных аналоговых милливольтметров средневыпрямленного и среднеквадратического значения используются при моделировании процесса прямых измерений соответственно средневыпрямленного и среднеквадратического значения напряжения в цепях переменного тока синусоидальной и искаженной формы методом непосредственной оценки.

Модель электронного осциллографа используется при моделировании процесса измерения параметров переменного напряжения произвольной формы.

Модель генератора сигналов специальной формы используется при моделировании работы источника переменного напряжения синусоидальной, прямоугольной (меандр), треугольной (двухполярной) и пилообразной формы, с плавной регулировкой амплитуды и частоты выходного сигнала.

Схема электрического соединения приборов при выполнении измерений приведена на рис. 1.2.

1.2. Схема соединения приборов при выполнении лабораторной работы №1.

1.4. Проведение опыта.

1.4.1. Запустите программу лабораторного практикума и выберите лабораторную работу 3.4 «Измерение переменного электрического напряжения» в группе работ «Измерение электрических величин». На рабочем столе компьютера автоматически появятся модель лабораторного стенда с моделями средств измерений и вспомогательных устройств (рис. 1.1) и окно созданного в среде МS Ехсеl

лабораторного журнала, который служит для формирования отчета по результатам выполнения лабораторной работы.

1.4.2. Ознакомьтесь с расположением моделей отдельных средств измерений и других устройств на рабочем столе.

1.4.3. Подготовьте модели к работе:

• включите электронные вольтметры с помощью тумблеров «СЕТЬ»;

• включите генератор сигналов и установите ручку регулятора выходного напряжения в крайнее левое положение (амплитуда выходного сигнала равна нулю);

• установите переключатель рода работы генератора сигналов в положение, соответствующее гармоническому напряжению;

• установите частоту сигнала на выходе генератора равной 20 Гц;

• включите осциллограф.

1.4.4. Опробуйте органы управления моделями и убедитесь в их работоспособности. В процессе опробования установите регулятор напряжения на выходе генератора в среднее положение и наблюдайте форму сигнала на экране осциллографа. Изменяя напряжение, частоту и форму сигнала на выходе генератора, а также диапазон измерений вольтметров, проследите за изменением изображения на экране осциллографа и изменениями показаний вольтметров.

1.4.5. Приготовьте к работе проверенный на отсутствие вирусов мобильный носитель информации и подключите его к компьютеру.

1.4.6. Приступите к выполнению лабораторной работы.

Задание 1. Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока.

Используя осциллограф в качестве индикатора, определите в диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц зависимость показаний электромагнитного, электродинамического и электронного вольтметров (тип электронного вольтметра выбирается по своему усмотрению) от частоты измеряемого переменного напряжения.

а. Установите на выходе генератора сигналов гармоническое напряжение частотой 20 Гц.

Ь. Отрегулируйте амплитуду сигнала на выходе генератора так, чтобы показания вольтметров оказались в последней трети шкалы диапазона 3 В, а стрелка электродинамического вольтметра остановилась напротив оцифрованного деления шкалы.

с. Снимите показания вольтметров.

d. Занесите в табл. 1.2. показания вольтметров и частоту исследуемого сигнала, а также сведения о классе точности вольтметров.

е. Выполните измерения в соответствии с пп. b-d, оставляя неизменной амплитуду и форму выходного напряжения генератора и последовательно устанавливая частоту сигнала равной 50 Гц, 400 Гц, 3 кГц, 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц, 5 кГц, 5 кГц, 7 кГц, 10 кГц, 12 кГц, 15 кГц, 20 кГц и далее с шагом 10 кГц до 100 кГц. При выполнении задания тщательно следите за показаниями осциллографа (амплитуда измеряемого напряжения должна оставаться неизменной). В случае изменения амплитуды возвратите ее (ориентируясь на показания осциллографа) к исходному значению, используя регулятор выходного напряжения генератора сигналов.

Табл.1.2.Результаты определения частотных характеристик электромагнитного вольтметра класса точности _____(предел шкалы ______), электродинамического вольтметра класса точности _____ (предел шкалы _______), электронного вольтметра ______ значения класса точности _____ (предел шкалы _______)

Частота сигнала, Гц(кГц)

Показания вольтметров, В

электромагнитный

электродинамический

электронный___ значения

20 Гц

50 Гц

400 Гц

1 кГц

2 кГц

3 кГц

5 кГц

7 кГц

10 кГц

12 кГц

15 кГц

20 кГц

30 кГц

40 кГц

50 кГц

60 кГц

70 кГц

80 кГц

90 кГц

100 кГц

Задание 2. Исследование зависимости показаний электромагнитного, электродинамического и электронных вольтметров от формы измеряемого напряжения

a. Установите на выходе генератора сигналов гармоническое напряжение частотой от 50 Гц до 100 Гц.

Ь. Установите амплитуду выходного напряжения генератора такой, чтобы показания вольтметров оказались в последней трети шкалы диапазона 3 В, а стрелка электродинамического вольтметра остановилась напротив оцифрованного деления шкалы.

с. Зарисуйте осциллограмму исследуемого напряжения.

d. Снимите показания вольтметров.

е. Занесите в табл. 1.3. показания вольтметров, сведения о частоте и форме исследуемого сигнала, а также сведения о классе точности вольтметров.

1.4.7. Оставляя неизменной амплитуду (контроль производится с помощью осциллографа) и частоту выходного напряжения генератора, выполните измерения согласно пп. а-е, последовательно устанавливая на выходе генератора прямоугольную (меандр) и треугольную формы напряжения.

Табл.1.3. Исследование зависимости показаний вольтметров различных систем от формы измеряемого переменного напряжения на частоте ___ Гц

Форма измеряемого напряжения

Показания вольтметров, В

электромагнитный

Электронный среднеквадратического значения с амплитудным детектором

Электронный среднеквадратического значения

электронный средневыпрямленного значения

Синусоидальная

Меандр

Треугольная

1.4.8. Сохраните результаты.

1.4.9. После сохранения результатов закройте приложение LabVIEW и, при необходимости, выключите компьютер.

1.5. Обработка результатов опыта.

1.5.1. Полностью заполнить таблицы отчета (см. табл. 1.2 и 1.3), а также примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц;

1.5.2 Построить графики зависимостей показаний вольтметров различных систем от частоты измеряемого напряжения;

1.5.3. Оформить таблицу с теоретическими и экспериментальными данными о зависимости показаний вольтметров различных систем от формы измеряемого переменного напряжения;

1.5.4. Оценить, где это возможно, частоты измеряемого напряжения и значения его коэффициента формы и/или амплитуды, при которых соответствующая дополнительная погрешность вольтметров будет равна основной погрешности, определяемой классом точности прибора;

1.5.5. Проанализировать полученные данные и сделать вывод об особенностях и качестве проведенных измерений и по результатам проделанной работы.

1.6. Вопросы для самопроверки.

1.6.1. Какими параметрами, подлежащими измерению, характеризуется переменное напряжение?

1.6.2. Что такое среднеквадратическое, среднее и средневыпрямленное значения переменного напряжения?

1.6.3. Какими вольтметрами измеряется среднеквадратическое значение переменного напряжения? Какие из них наиболее точны и почему?

1.6.4. Какими вольтметрами измеряется средневыпрямленное значение переменного напряжения?

1.6.5.Нужно измерить постоянную составляющую переменного напряжения. Какое средство измерений вы выберите?

1.6.6. В каком диапазоне частот можно измерять гармоническое напряжение? Какие вольтметры могут служить образцовыми на низких, средних и высоких частотах?

1.6.7.Имеется выпрямительный вольтметр класса 1,0 со шкалой 100 делений, проградуированный в действующих значениях гармонического напряжения. В каком диапазоне может изменяться коэффициент формы и/или амплитуды измеряемого напряжения, чтобы величиной этого изменения можно было пренебречь?

1.6.8.Чем определяется зависимость показаний вольтметров различного типа от частоты измеряемого напряжения?

1.6.9.Опишите принцип работы и устройство электромеханических вольтметров переменного тока. Чем определяется погрешность этих приборов?

1.6.10.Опишите принцип работы и устройство электронных вольтметров переменного тока(амплитудного, средневыпрямленного значения, среднеквадратического значения).

1.6.11. Как зависят показания исследуемых вольтметров от формы измеряемого напряжения?

1.6.12. Почему при измерениях необходимо, чтобы стрелка прибора находилась в последней трети шкалы?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36512. Ергодична гіпотеза 175.19 KB
  3 Фазові перетворення ІІ роду. Поглянемо на класифікацію фазових перетворень І і ІІ роду не з точки зору наявності чи відсутності теплообміну а з точки зору стрибкоподібної зміни параметрів стану речовини. Фазові перетворення при яких перші похідні функції змінюються стрибкоподібно називаються фазовими перетвореннями І роду. Фазові перетворення при яких перші похідні функції залишаються неперервними а другі похідні тієї ж функції змінюються стрибкоподібно називаються фазовими перетвореннями ІІ роду.
36513. Закон зростання ентропії. Обчислення зміни ентропії при різних процесах 162.99 KB
  Обчислення зміни ентропії при різних процесах Якщо термодинамічна система адіабатно ізольована то і зміна ентропії у результаті протікання оборотних процесів а під час необоротних процесів які власне тільки і існують у природі як показує досвід і теорія ентропія зростає. Рівність має місце лише для оборотних процесів за означенням ентропії. Властивість зростати притаманна ентропії так само як енергії – зберігатись.
36514. Об’єднана формула Максвелла-Больцмана розподілу молекул за швидкостями 177.18 KB
  Потенціальна енергія молекули залежить від її положення . Зміна потенціальної енергії спричиняє зміну і кінетичної енергії молекул оскільки . Але середня кінетична енергія не змінюється а отже не змінюється і температура газу оскільки вона є мірою кінетичної енергії молекул газу.
36515. Броунівський рух. Теорія Ейнштейна-Смолуховського. Дослід Перена по визначенню числа Авогадро 244.82 KB
  Запишемо рівняння руху такої частинки де нескомпенсована результуюча сила дії з боку молекул середовища яка примушує броунівську частинку рухатись у певному напрямку; сила тертя зумовлена в’язкістю середовища. У проекції на вісь рівняння руху броунівської частинки набуває вигляду . Розв’язок рівняння її руху може нам дати координату руху але хаотичний рух вимагає усереднення за довгий проміжок часу. Давайте використаємо дві очевидні тотожності : і підставимо їх у...
36516. Теплове ковзання. Радіометричний ефект. Радіометричний манометр 207.96 KB
  Капиллярногравитационными волнами называются волны распространяющиеся по поверхности жидкости под действием сил поверхностного натяжения и силы тяжести. рассмотрим случай когда глубина жидкости значительно больше длины волны. Это можно сделать очень просто если воспользоваться следующим результатом вытекающим из уравнений гидродинамики несжимаемой жидкости. В плоской бегущей синусоидальной волне малой амплитуды каждая частица жидкости движется по окружности расположенной в вертикальной плоскости проходящей через направление...
36517. Самодифузія. Коефіцієнт самодифузії, його залежність від тиску і температури 284.09 KB
  Цикл Карно і його к. Теореми Карно. У циклі Карно задача якомога спрощена. Цикл Карно виглядає наступним чином.
36518. В’язкість (внутрішнє тертя). Коефіцієнт в’язкості, його залежність від тиску і температури. Методи визначення коефіцієнту в’язкості. В’язкісний манометр 163.66 KB
  Коефіцієнт в’язкості його залежність від тиску і температури. Методи визначення коефіцієнту в’язкості. Коефіцієнтом пропорційності у цьому рівнянні є величина яка має назву коефіцієнта динамічної в’язкості або коефіцієнта внутрішнього тертя. За одиницю динамічної в’язкості у системі СІ приймається коефіцієнт в’язкості такої речовини у якій за одиницю часу при градієнті швидкості рівному 1 с1 через площадку площею 1 м2 переноситься імпульс рівний 1 кгм с.
36519. Обертальний броунівський рух 201.25 KB
  Залежна від цих змінних внутрішня енергія є термодинамічним потенціалом або характеристичною функцією. Зауважте внутрішня енергія є термодинамічним потенціалом лише коли вона залежить від ентропії і температури . Коли внутрішня енергія залежить від інших змінних вона не буде термодинамічним потенціалом. Для адіабатного ізохорного процесу внутрішня енергія .