70854

Измерение переменного электрического напряжения

Лабораторная работа

Физика

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

Русский

2014-10-28

593 KB

5 чел.

12

РАБОТА №3.4. Измерение переменного

электрического напряжения

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

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

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

1. Ознакомьтесь с параметрами переменного напряжения, подлежащими измерению.

2. Ознакомьтесь с понятиями коэффициент формы и коэффициент амплитуды и тем, как эти коэффициенты могут повлиять на результаты измерения переменного напряжения.

3. Ознакомьтесь с принципом работы, устройством и характеристиками электромеханических вольтметров различных систем.

4. Ознакомьтесь с принципом работы, устройством и характеристиками электронных вольтметров различных типов.

3. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

РАБОТЫ

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

Действующее значение переменного напряжения U находят, как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений:

.    (3.4.1)

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

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

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

.    (3.4.2)

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

Для периодических колебаний любой формы связь между средневыпрямленным и среднеквадратическим значениями определяется формулой:

,     (3.4.3)

где  – коэффициент формы.

Амплитудное значение  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 20Гц до 10-100мГц), а также с помощью осциллографов различного типа (диапазон частот от 0,1Гц до 10-100 ГГц).

Таблица 3.4.1

Значения коэффициента формы и амплитуды для некоторых сигналов

Форма сигнала

Значение коэффициента формы

Значение коэффициента амплитуды

1,11

1,41

1

1

1,16

1,73

Для периодических колебаний любой формы связь между амплитудой сигнала и его среднеквадратическим значением определяется формулой:

,     (3.4.4)

где  – коэффициент амплитуды.

Коэффициенты формы и амплитуды для некоторых часто встречающихся сигналов приведены в таблице 3.4.1.

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой персональный компьютер, на рабочем столе которого расположены модели электромагнитного и электродинамического вольтметров, электронных вольтметров средневыпрямленного и среднеквадратического значения, электронного осциллографа и генератора сигналов специальной формы (рис.3.4.1).

Рис. 3.4.1 Вид экрана лабораторного стенда при проведении работы №3.4.

Схема электрического соединения приборов при выполнении измерений приведена на рис. 3.4.2.

При выполнении работы манипуляция органами управления средствами измерений и других устройств производится с помощью мыши в таком же порядке, как это предусмотрено при работе с реальными приборами и устройствами.

Классы точности вольтметров следующие:

- электронного вольтметра амплитудного значения – 2,5;

- электромагнитного вольтметра – 0,5;

- электродинамического вольтметра – 0,2;

- электронного вольтметра средневыпрямленного значения – 0,5;

- электронного вольтметра среднеквадратического значения – 0,5.

Диапазоны рабочих частот вольтметров следующие:

- электронного вольтметра амплитудного значения – 0 - 5 МГц;

- электромагнитного вольтметра – 0 – 1 кГц;

- электродинамического вольтметра – 0 – 10 кГц;

- электронного вольтметра средневыпрямленного значения – 10 Гц – 10 МГц;

- электронного вольтметра среднеквадратического значения – 10 Гц – 10 МГц.

5. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Изучите описание работы и рекомендованную литературу. Запустите программу-оболочку лабораторного практикума, нажав кнопку RUN (“стрелка направо” в левом верхнем углу окна программы), и выберите  лабораторную работу №4 «Измерение переменного электрического напряжения» в группе работ «Измерение электрических величин».

2. При необходимости еще раз почитайте описание работы, ответьте на вопросы коллоквиума и получите допуск к выполнению работы. После сдачи коллоквиума на рабочем столе автоматически появится окно лицевой панели ВП и окно лабораторного журнала, созданного в программе MS Excel. В лабораторный журнал в процессе выполнения работы будут вноситься данные, необходимые для последующего составления отчета.

3. Приготовьте к работе проверенную на отсутствие вирусов, отформатированную 3,5-дюймовую дискету и вставьте её в дисковод.

4. Изучите органы управления, находящиеся на передней панели приборов.

 На лицевой панели электронного вольтметра амплитудного значения расположены:

- кнопка «СЕТЬ» включения питания прибора от сети;

- ручка переключателя диапазонов измерения;

- переключатель режима работы  на измерение постоянного или переменного напряжения;

- электрический разъем для подключения прибора к электрическим схемам.

На лицевой панели электромагнитного и электродинамического вольтметров расположены:

- шкала отсчетного устройства;

- клеммные зажимы входов прибора.

На лицевых панелях электронных вольтметров средневыпрямленного и среднеквадратического значений расположены:

- кнопка «СЕТЬ» включения питания прибора от сети;

- ручки переключателя диапазонов,

- электрический разъем для подключения прибора к электрическим схемам.

На лицевой панели осциллографа расположены:

- экран;

-  индикатор амплитудного значения сигнала «Амплитуда»;

- электрический разъем для подключения входного сигнала.

На лицевой панели генератора сигналов расположены:

- кнопка «СЕТЬ» включения питания прибора от сети;

- декадный переключатель частоты выходного сигнала;

- ручка плавной регулировки уровня выходного сигнала со шкалой;

- ручка плавной регулировки частоты выходного сигнала;

- ручка переключателя формы выходного сигнала.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовьте модели приборов к работе, для чего:

1.1. С помощью переключателей диапазонов установите на всех вольтметрах предел шкалы, равным 3В.

1.2. Установите переключатель рода работы генератора в положение, соответствующее гармоническому напряжению.

1.3. Установите ручку регулятора выходного напряжения генератора сигналов в крайнее левое положение.

1.4. Установите частоту сигнала на выходе генератора, равной примерно 50Гц.

2. Включите и опробуйте расположенные на рабочем столе модели средств измерений. В процессе опробования установите регулятор напряжения на выходе генератора в среднее положение и пронаблюдайте 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 показаний вольтметров. Убедитесь в работоспособности используемых приборов.

В случае если хотя бы одна из моделей окажется неработоспособной, обратитесь к преподавателю.

3. Снимите, используя осциллограф в качестве индикатора амплитуды измеряемого напряжения, частотные характеристики электромагнитного, электродинамического и электронного вольтметров (тип электронного вольтметра выбирается по своему усмотрению) в диапазоне частот от 20Гц до 100кГц, для чего:

3.1. Установите на выходе генератора сигналов специальной формы гармоническое напряжение частотой 20Гц и такой амплитуды, чтобы показания вольтметров оказались в последней трети шкалы диапазона 3 вольта, а стрелка электродинамического вольтметра остановилась напротив оцифрованного деления шкалы.

3.2. При неизменном напряжении на выходе генератора, настройте изображение на экране осциллографа так, чтобы оно заняло 6 – 8 делений по вертикали, и на экране наблюдалось 2 или 3 полных периода исследуемого напряжения.

Таблица 3.4.1

Определение частотных характеристик вольтметров

Частота сигнала, Гц (кГц)

Показания электромагнит. вольтметра,

В (мВ)

Показания электродинамич. вольтметра,

В (мВ)

Показания электронного вольтметра ____ значения,

В

3.3. Снимите показания исследуемых вольтметров и занесите их в лабораторный журнал по форме, приведенной в таблице 3.4.1.

3.4. Повторите задания предыдущего пункта при частоте сигнала равной 50 Гц, 100 Гц, 200 Гц, 300 Гц, 400 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц, 5 кГц, 10 кГц, 50кГц, 100кГц.

При выполнении задания тщательно следите за тем, чтобы показания осциллографа (амплитуда измеряемого гармонического напряжения) оставались неизменными. В случае изменения показаний возвратите их к исходному значению, используя регулятор выходного напряжения генератора сигналов специальной формы.

  1.  Исследуйте зависимость показаний электромагнитного, электродинамического и электронных вольтметров трех типов от формы измеряемого напряжения.

4.1. Установите на выходе генератора сигналов специальной формы гармоническое напряжение частотой 100Гц и такой амплитуды, чтобы показания вольтметров оказались в последней трети шкалы диапазона 3 вольта, а стрелка электродинамического вольтметра остановилась напротив оцифрованного деления шкалы.

4.2. При неизменном напряжении на выходе генератора, настройте изображение на экране осциллографа так, чтобы оно заняло 6 – 8 делений по вертикали, и на экране наблюдалось 2 или 3 полных периода исследуемого напряжения.

4.3. Зарисуйте осциллограмму исследуемого напряжения.

4.4. Снимите показания вольтметров и занесите их в лабораторный журнал по форме, приведенной в таблице 3.4.2.

4.5. Установите на выходе генератора другую (меандр и треугольная) форму исследуемого напряжения, оставляя при этом его амплитуду такой же, как и у гармонического напряжения в предыдущем пункте (контроль производится с помощью осциллографа). Зарисуйте в этих случаях, как описано ранее, осциллограммы измеряемых напряжений и запишете показания исследуемых вольтметров. Занесите результаты в таблицу согласно описанной ранее процедуре.

Таблица 3.4.2

Исследование зависимости показаний вольтметров различных систем от формы измеряемого переменного напряжения на частоте 100 герц

Форма измеряемого напряжения

Показания электромагнит. вольтметра,

В (мВ)

Показания электронного вольтметра амплитудного значения,

В (мВ)

Показания электронного вольтметра среднеквадрат. значения,

В (мВ)

Показания электронного вольтметра средневыпрямл. значения,

В (мВ)

гармоническое

меандр

треугольная

5. Нажмите кнопку СТОП.

6. Сохраните файл лабораторного журнала на дискете под оригинальным именем.

7. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

При оформлении лабораторного отчета необходимо полностью заполнить имеющуюся в распоряжении студента таблицу, находящиеся в лабораторном журнале.

Помимо заполненной таблицы в отчете должны содержаться:

  •  сведения о цели и порядке выполнения работы,
  •  данные о характеристиках использованных приборов, с указанием источника информации,
  •  электрические схемы,
  •  примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц,
  •  график зависимости показаний вольтметров различных систем от частоты гармонического напряжения, при неизменной амплитуде,
  •  осциллограммы,
  •  графики теоретической и экспериментальной зависимостей показаний вольтметров различных систем от формы измеряемого переменного напряжения (при построении графиков примите, что амплитуда напряжения совпадает с показаниями осциллографа, коэффициент формы изменяется в пределах от 1 до 1,5, а коэффициент амплитуды – от 1 до 2),
  •  оценки 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,
  •  выводы по результатам проделанной работы.

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

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

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

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

4. Какими вольтметрами измеряется средневыпрямленное значение переменного напряжения?

5. Нужно измерить среднее значение переменного напряжения. Какое средство измерений Вы выберите?

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

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

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

9. Опишите принцип работы и устройство электромеханических вольтметров переменного тока? Чем определяется их погрешность?

10. Опишите принцип работы и устройство электронных вольтметров переменного тока? Чем определяется их погрешность?

Т

Т

Т

Т/2

t

t

u

u

Вход

Электронный вольтметр амплитудного значения

Электронный вольтметр среднекв. значения

Электронный вольтметр средневып. значения

Электродина-мический вольтметр

Осцил-лограф

Выход

Генерат. сигналов

Электромаг-нитный вольтметр

Рис. 3.4.2 Схема электрического соединения приборов при измерении переменного напряжения

калибратора и цифрового фазометра


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76471. Последствия расторжения брака 16.57 KB
  При рассмотрении такого дела судья обязан изучить все стороны характеризующие личные качества родителей взаимоотношения родителей с ребенком интересы самого ребенка и его мнение если он достиг десятилетнего возраста. Также суд учитывает возраст ребенка его большая или меньшая симпатия к одному из родителей а также к другим членам семьи братья сестра. Не менее важны условия воспитания и обучения которые будут созданы для проживания ребенка и материальное положение одного из родителей хотя последний фактор не всегда является...
76472. Понятие недействительности брака и основания признания брака недействительным 15.31 KB
  С момента государственной регистрации заключения брака в органах загса. Основания для признания брака недействительным установлены в п. Заключение брака при отсутствии условий установленных законом для заключения брака: взаимного добровольного согласия лиц вступающих в брак и достижения ими брачного возраста если этот возраст не был снижен в порядке установленном законом ст.
76473. Отличие расторжение брака от признания брака недействительным 15.84 KB
  Отдельные же из них в виде исключения продолжают существовать и после расторжения брака. Различен порядок расторжения брака и признания его недействительным. Поразному определяется круг лиц имеющих право обратиться с иском о расторжении брака и признании его недействительным.
76474. Общая совместная собственность супругов и её состав 15.86 KB
  Супруги в брачном контракте могут отнести это имущество либо к общей долевой собственности либо к раздельной собственности каждого из них. Что касается имущества принадлежавшего каждому из супругов до вступления в брак то оно как и прежде признается их раздельной собственностью Аналогичный правовой режим распространяется на имущество полученное одним из супругов во время брака в дар или по наследству а также на вещи индивидуального пользования кроме предметов роскоши хотя бы они и были приобретены во время брака за счет общих...
76475. Личные неимущественные права и обязанности супругов 15.65 KB
  Право супругов на равенство при решении вопросов: воспитания и образования детей; отцовства и материнства; планирования семьи; распределения семейного бюджета; ведения домашнего хозяйства; других вопросов семейной жизни; 5 иные права предусмотренные семейным законодательством. К личными неимущественным правам тесно примыкают такие обязанности супругов как: обязанность не препятствовать другому супругу в осуществлении им личных...
76476. Собственность каждого из супругов (раздельное, индивидуальное имущество) 16.72 KB
  Например дом приобретенный на деньги полученные от продажи квартиры принадлежащей одному из супругов до брака. Семейное законодательство относит к раздельному имуществу супругов не только имущество полученное в дар или по наследству но и имущество полученное по иным безвозмездным сделкам. К этому виду приобретений прежде всего следует отнести имущество полученное в порядке безвозмездной приватизации например при безвозмездной приватизации квартиры одним из супругов.
76477. Осуществление супругами правомочий по владению, пользованию и распоряжению общим имуществом 14.94 KB
  Особенностью совместной собственности супругов является то что владение пользование и распоряжение общим имуществом супругов осуществляется по обоюдному согласию супругов п. В настоящее же время в отсутствие специальных правил единственным выходом для супругов которые не могут самостоятельно договориться по вопросу осуществления правомочий владения и пользования общим имуществом является раздел имущества который предполагает прекращение совместной собственности и возникновение общей долевой собственности. Определив свою долю в общем...
76478. Раздел общего имущества супругов: Соглашение о разделе имущества супругов 17.81 KB
  256 ГК РФ имущество нажитое во время брака супругами является их совместной собственностью а имущество которое принадлежало супругам до брака является имуществом каждого из супругов и разделу не подлежит за исключением случаев когда имущество одного из супругов признано судом общим имуществом супругов. 38 СК РФ устанавливает что общее имущество супругов может быть разделено как в течение брака так и после расторжения брака по требованию любого из супругов. Также общее имущество супругов может быть разделено по требованию кредиторов...
76479. Определение долей супругов при разделе имущества в судебном порядке 15.66 KB
  В соответствие с этим совершенно логично звучит принцип равенства долей супругов при разделе общего имущества закрепленный в п. Если договором между супругами не установлено иное то по закону по умолчанию каждый из супругов является собственником доли общего имущества в размере 1 2 части. Как уже упоминалось выше тот факт что один из супругов по уважительной причине не имел источника постоянного дохода или по совместному согласию занимался домашним хозяйством и воспитанием детей не дает никаких оснований уменьшать долю при разделе...