70855

Измерение параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа

Лабораторная работа

Физика

Получение навыков измерения параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа. Приобретение сведений о характеристиках и устройстве электронного осциллографа. Ознакомьтесь с принципом работы устройством и характеристиками универсального электронного осциллографа.

Русский

2014-10-28

361 KB

3 чел.

РАБОТА №3.5. Измерение параметров

гармонического напряжения с помощью

осциллографа

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получение навыков измерения параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа. Приобретение сведений о характеристиках и устройстве электронного осциллографа.

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

1. Ознакомьтесь с методами измерения амплитуды гармонического напряжения.

2. Ознакомьтесь с методами измерения периода и частоты гармонического напряжения.

3. Ознакомьтесь с методами измерения фазового сдвига между двумя гармоническими напряжениями.

4. Ознакомьтесь с принципом работы, устройством и характеристиками универсального электронного осциллографа.

5. Ознакомьтесь со способами обработки результатов измерений при наличии методической и инструментальной составляющей погрешности.

3. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

РАБОТЫ

Осциллографом называется прибор, предназначенный для наблюдения, регистрации и измерения параметров исследуемого сигнала, как правило, зависящего от времени.

Имеется два основных класса осциллографов: светолучевые, предназначенные для наблюдения медленных процессов, и электронно-лучевые, способные отображать как медленные, так и быстропротекающие процессы. Светолучевые осциллографы используют электромеханическое отклонение светового луча под действием исследуемого напряжения и запись на фотопленку.

Электронно-лучевые осциллографы строятся на основе электронно-лучевых трубок. Отклонение электронного луча осуществляется непосредственно электрическим сигналом и является практически безынерционным. Исследуемый процесс отображается на люминесцентном экране и может быть зарегистрирован фотографическими средствами. Управление электронным лучем осуществляется посредством трех каналов: вертикального отклонения  Y, горизонтального отклонения  X   и управления яркостью  Z. Исследуемый сигнал обычно подается на вход канала Y. Канал  X  формирует развертку, обеспечивая возможность наблюдения временного поведения сигнала. Канал  Z  служит для управления яркостью свечения экрана. В некоторых случаях на входы каналов  Y  и  X  подаются два разных сигнала, параметры которых подлежат сравнению.

Электронно-лучевые осциллографы характеризуются рядом технических и метрологических параметров. К наиболее важным относятся следующие:

- калиброванные значения коэффициента отклонения;

- полоса пропускания, т.е. диапазон частот, в пределах которого коэффициент усиления канала вертикального отклонения уменьшается на 3 дБ по отношению к некоторой опорной частоте;

- диапазон изменения длительности развертки;

- входное сопротивление и входная емкость канала  Y;

- точностные параметры, характеризующие погрешности измерения напряжения и интервалов времени.

Из многих типов осциллографов наиболее употребительными являются универсальные осциллографы. Они позволяют проводить исследования электрических сигналов в широком диапазоне частот, амплитуд и длительностей сигнала. Полоса пропускания достигает 200 –350 МГц, диапазон амплитуд от единиц милливольт до сотен вольт. Возможно измерение длительностей импульсов от нескольких наносекунд до секунд. Осциллографы содержат в своем составе калибраторы  амплитуды и длительности, которые являются источниками напряжений с известной амплитудой и длительностью. Эти напряжения подаются с выхода калибратора на вход Y  для контроля масштабов (коэффициентов отклонения) по осям  Y  (В/см, мВ/см  или  В/деление, мВ/деление)  и   X  (мкс/см, мс/см,  с/см или мкс/дел., мс/дел.,  с/дел.). Знание масштабов необходимо для измерения напряжений и интервалов времени, поскольку непосредственно оператору доступно считывание только расстояний  (сантиметры, деления) по масштабной сетке на экране. В современных осциллографах измерение осуществляется автоматически при помощи цифрового устройства. Результат отображается на экран в цифровой форме.

При помощи осциллографов возможно измерение периода и частоты гармонического напряжения, а также сдвига фаз между двумя гармоническими напряжениями. Если задействован только один канал вертикального отклонения, на вход которого подается исследуемое напряжение, то наличие калибраторов дает возможность непосредственно измерить его амплитуду и период. Частота и сдвиг фаз могут быть измерены посредством наблюдения на экране фигур Лиссажу. Если частоты двух гармонических напряжений равны, то фигура Лиссажу представляет собой эллипс, ориентация и соотношение размеров осей которого дают сведения о сдвиге фаз напряжений.

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой персональный компьютер, на рабочем столе которого расположены модели электронного осциллографа и калибратора фазовых сдвигов (рис. 3.5.4).

Рис. 3.5.4 Вид экрана лабораторного стенда при проведении

работы №3.5.

Схема включения приборов при выполнении измерений приведена на рис.3.5.5.

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.

Используемый в данной работе осциллограф имеет класс точности II.

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 №5 «Измерение параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа» 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 калибратора фазовых сдвигов расположены:

-  тумблер «Сеть», предназначенный для включения прибора;

-  три кнопки «F» для установки частоты выходного сигнала;

- три кнопки «»,  из них (слева направо) первая – для установки знака фазового сдвига, вторая – для установки разряда сотен численного значения угла фазового сдвига, третья – для установки разряда десятков угла фазового сдвига;

- два регулятора для установки выходного напряжения соответствующего канала Вых.1 и Вых.2;

- две коаксиальных розетки Вых.1 и Вых.2, представляющие выходы гармонического сигнала первого (опорного) и второго каналов калибратора;

- цифровой индикатор частоты;

- цифровой трехразрядный индикатор фазового сдвига.

На лицевой электронного осциллографа расположены:

- кнопка «Сеть», предназначенная для включения прибора;

- переключатели чувствительности «В/дел.» первого и второго каналов;

- регуляторы перемещения луча в вертикальном направлении первого и второго каналов;

- переключатель управления режимом входных каналов осциллографа «III –  I+II»;

- регулятор перемещения луча в горизонтальном направлении;

- переключатель «Время/дел.» генератора развертки;

- переключатель режима развертки «Внутр./Внеш.» для подачи напряжения от внутреннего генератора развертки или от внешнего источника;

- переключатель «X-X/X-Y», который в положении X-X обеспечивает подачу исследуемых сигналов на пластины Y (режим линейной развертки), а напряжения  развертки – на пластины X, а в положении «X-Y» обеспечивает подачу одного исследуемого сигнала на пластины Y, а второго исследуемого сигнала – на пластины X (режим круговой развертки);

-  переключатель режима запуска развертки и регулятор, устанавливающий уровень срабатывания синхронизации.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовьте модели приборов к работе.

1.1. Включите с помощью тумблера «Сеть» калибратор фазовых сдвигов. После включения прибора на его лицевой панели загорятся индикаторы.

1.2. С помощью регуляторов уровня выходных сигналов калибратора в среднее положение.

1.3. С помощью кнопок «» установите значение угла фазового сдвига между сигналами на выходах калибратора, равным 0 градусов.

1.4. Включите осциллограф с помощью тумблера «Сеть».

1.5. Установите переключатель управления режимом входных каналов осциллографа в положение II (одноканальный режим, ко входу подключен II-ой канал).

1.6. Установите переключатель чувствительности входных каналов осциллографа в такое положение, чтобы входной сигнал целиком умещался на экране и был наибольшего размера.

1.7. Установите переключатель коэффициента развертки осциллографа в такое положение, чтобы видеть примерно два периода сигнала на экране.

1.8. Установите переключатель режима развертки осциллографа в положение «Внутр.».

2. Опробуйте расположенные на рабочем столе модели средств измерений.

В процессе опробования, установив частоту сигнала на выходе калибратора, равной 1 кГц, подберите нужный коэффициент развертки.

Изменяя напряжение и частоту сигнала на выходе калибратора, а также коэффициент развертки и чувствительность осциллографа, проследите за изменениями изображения на экране осциллографа, добиваясь каждый раз устойчивого изображения примерно двух периодов сигнала.  

Если приборы работоспособны, переходите к выполнению задания. В случае, если хотя бы одна из моделей окажется неработоспособной, обратитесь к преподавателю.

3. Измерьте с помощью осциллографа амплитуду гармонического напряжения.

3.1. Установите частоту напряжения на выходе калибратора, равной 10кГц.

3.2. Выберите для измерения канал II осциллографа и включите режим линейной развертки с внутренней синхронизацией (переключатель «Внутр-Внеш» находится в положении «Внутр»).

3.3. Подберите такой коэффициент развертки, чтобы на экране умещалось несколько периодов исследуемого напряжения.

3.4. Подберите подходящий коэффициент вертикального отклонения, при котором размер изображения по вертикали будет максимальным. Измерьте размер изображения. Результаты занесите в лабораторный журнал по форме, приведенной в таблице 3.5.1.

Повторите задание предыдущего пункта для 5-6 других значений напряжения на выходе калибратора.

Таблица 3.5.1

Результаты измерения амплитуды гармонического напряжения с помощью электронного осциллографа (частота сигнала 10кГц)

№ п/п

Вертикал. размер изображения, дел.

Цена деления, В(мВ)/дел.

Показания, В(мВ)

Абсолютная погрешность, мВ

Относит. погрешность,%

Результат измерения

4. Измерьте с помощью осциллографа период и частоту гармонического напряжения.

  1.  Установите частоту напряжения на выходе калибратора, равной 50 Гц.
    1.  Выберите для измерения канал II осциллографа и включите режим линейной развертки с внутренней синхронизацией (переключатель «Внутр-Внеш» находится в положении «Внутр»).
    2.  Подберите такой коэффициент развертки, чтобы на экране умещалось 2-3 периода исследуемого напряжения.
    3.  Подберите подходящий коэффициент вертикального отклонения, при котором размер изображения по вертикали будет максимальным. Измерьте размер изображения, соответствующий одному периоду исследуемого напряжения. Результаты занесите в лабораторный журнал по форме, приведенной в таблице 3.5.2.
    4.  Повторите задание предыдущего пункта, последовательно устанавливая на выходе калибратора частоту сигнала равной: 500 Гц, 5кГЦ, 50кГц, 0,5МГц, 5МГц.

Таблица 3.5.2

Результаты измерения периода и частоты гармонического напряжения с помощью электронного осциллографа

№ п/п

Частота сигнала на выходе

калибратора

Размер изображения, дел.

Цена деления, мс(мкс)/дел.

Абсол. погрешн. измер. периода, мс(мкс)

Относ. погрешн измер. периода,%

Результат измерения

Период, мс(мкс)

Частота, Гц

5. Измерьте с помощью осциллографа угол сдвига фаз между двумя гармоническими напряжениями методами линейной развертки и эллипса.

  1.  Установите на выходах калибратора одинаковое максимальное значение напряжения, частоту сигнала, равной 10кГц, а угол сдвига фаз 30 градусов.
  2.  Выберите для измерения каналы I+II осциллографа и включите режим линейной развертки с внутренней синхронизацией (переключатель «Внутр-Внеш» находится в положении «Внутр»).
  3.  Подберите такой коэффициент развертки, чтобы на экране умещалось примерно 2 периода исследуемых напряжений.
  4.  Подберите подходящий коэффициент вертикального отклонения, при котором размер изображения по вертикали будет максимальным. Измерьте размеры изображения, соответствующие одному периоду исследуемых напряжений и сдвигу фаз между ними.
  5.  Включите режим круговой развертки «X-Y» и подберите такие коэффициенты вертикального отклонения, чтобы полученный эллипс занял практически весь экран. Зарисуйте осциллограмму.
  6.  Измерьте размеры отрезков h и H. Результаты занесите в лабораторный журнал по форме, приведенной в таблице 3.5.3.

Таблица 3.5.3

Результаты измерения разности фаз с помощью электронного осциллографа

Показания калибратора, град.

Показания осциллографа, дел.

Абсолютная погрешность, град

Относит. погрешность, %

Результат измерений, град.

Метод линейной

развертки

Метод эллипса

Метод линейн. развертки

Метод эллипса

Метод линейн. развертки

Метод эллипса

Метод линейн. развертки

Метод эллипса

ab

ac

h

H

  1.  Повторите задание предыдущего пункта, последовательно устанавливая сдвиг фаз между сигналами на выходах калибратора, равным 40, 60, 90, 180, 270 и 360 градусам и не меняя частоту и амплитуду выходных сигналов.

6. Нажмите кнопку СТОП.

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

7. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

При оформлении лабораторного отчета необходимо полностью заполнить имеющиеся в распоряжении студента таблицы 3.5.2 – 3.5.4.

Помимо заполненных таблиц в отчете должны содержаться:

- сведения о цели и порядке выполнения работы,

- данные о характеристиках использованных приборов, с указанием источника информации,

- электрические схемы,

- осциллограммы,

- примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц,

- графики зависимости абсолютной и относительной погрешностей измерений амплитуды, периода и частоты гармонического сигнала от показаний осциллографа.

- графики зависимости абсолютной и относительной погрешностей измерений фазового сдвига от показаний осциллографа при использовании методов линейной развертки и эллипса.

- выводы по результатам проделанной работы.

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие параметры полностью характеризуют гармоническое напряжение?

2. Начертите график гармонического напряжения с определенной амплитудой, частотой и фазой.

3. Нарисуйте векторную диаграмму гармонического напряжения.

4. Почему при наблюдении гармонических сигналов и измерении их параметров одним из основных приборов является осциллограф?

5. Отчего зависит погрешность измерения амплитуды при ее измерении методом линейной развертки?

6. Отчего зависит погрешность измерения частоты при помощи осциллографа?

7. Что означает выражение «разность фаз»?

Какие параметры гармонического напряжения и как можно измерить при помощи фигур Лиссажу?

8. В каком случае фигуры Лиссажу, наблюдаемые на экране осциллографа, не изменяются со временем?

9. Как определить разность фаз двух гармонических сигналов по форме и ориентации наблюдаемого на экране эллипса?

10. Чем определяется погрешность измерения угла сдвига фаз методом линейной развертки и методом эллипса?

11. Почему при осциллографических измерениях размер изображения на экране стремятся по возможности увеличить?

12. Чем ограничивается целесообразность упомянутого в предыдущем вопросе увеличения изображения?

Рис.3.5.5 Схема соединения приборов

при измерениях

Вх.2

Вх.1

Электронный

осциллограф

Вых.2

Вых.1

Калибратор

фазовых

сдвигов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27063. Учет расчетов с подотчетными лицами 14.33 KB
  Учет расчетов с подотчетными лицами Подотчетными суммами называются денежные авансы выдаваемые работникам учреждения из кассы на мелкие хозяйственные расходы и на расходы по командировкам. Аналитический учет расчетов с подотчетными лицами ведется в разрезе подотчетных лиц видов выплат и видов расчетов расчеты по выданным денежным средствам расчеты по полученным денежным документам в Карточке учета средств и расчетов либо в Журнале по расчетам с подотчетными лицами. Для учета расчетов с подотчетными лицами по суммам денежных средства и...
27064. Учет расчетов по недостачам 15.83 KB
  Учет расчетов по суммам выявленных недостач и хищений денежных средств и ценностей сумм потерь от порчи материальных ценностей и других сумм подлежащих удержанию и списанию в установленном порядке осуществляют на счете 020900000 Расчеты по недостачам . Учет расчетов по недостачам хищениям ведется в соответствии с КОСГУ на следующих счетах: 020971000 Расчеты по ущербу основным средствам ; 020972000 Расчеты по ущербу нематериальным активам ; 020973000 Расчеты по ущербу непроизведенным активам ; 020974000 Расчеты по ущербу материальных...
27065. Учет удержаний из заработной платы 16.39 KB
  Учет удержаний из заработной платы Счет 30403 Расчеты по удержаниям из выплат по оплате труда Счет предназначен для учета расчетов по удержаниям из заработной платы и денежного довольствия стипендий; безналичным перечислениям на счета во вклады сотрудников учреждения; взносам по договорам добровольного страхования; взносам на пенсионное страхование; суммам членских профсоюзных взносов; исполнительным листам и другим документам. Удержания производятся на основании соответствующих документов: письменных заявлений работников договоров...
27066. Учет расчетов с поставщиками и подрядчиками 12.95 KB
  Учет расчетов с поставщиками и подрядчиками Учет расчетов учреждения с поставщиками за поставленные материальные ценности и оказанные услуги с подрядчиками за выполненные работы осуществляют на счете 030200000 Расчеты с поставщиками и подрядчиками . Аналитический учет расчетов с поставщиками за поставленные материальные ценности оказанные услуги выполненные работы ведется в Карточке учета средств и расчетов либо в Журнале операций по расчетам с поставщиками и подрядчиками в разрезе кредиторов поставщиков продавцов подрядчиков...
27067. Учет бюджетных ассигнований и лимитов бюджетных обязательств 15.06 KB
  учет бюджетных ассигнований и лимитов бюджетных обязательств Счета предназначены для ведения учета учреждениями финансовыми органами показателей бюджетных ассигнований лимитов бюджетных обязательств сумм утвержденных сметой доходов и расходов по приносящей доход деятельности показателей по доходам поступлениям и расходам выплатам принятых учреждениями обязательств. По завершении текущего финансового года показатели остатки по счетам учета бюджетных ассигнований лимитов бюджетных обязательств текущего финансового года на следующий...
27068. Виды и формы бюджетной отчетности 16.13 KB
  Бюджетная отчетность предоставляется на бумажных носителях и или в виде электронного документа с представлением на электронных носителях или путем передачи по телекоммуникационным каналам связи в порядке установленном главным распорядителем бюджетных средств главным администратором доходов бюджета главным администратором источников финансирования дефицита бюджета финансовым органом органом казначейства и органом осуществляющим кассовое обслуживание с обязательным обеспечением защиты информации в соответствии с законодательством...
27069. Синтетический учет материальных запасов 16.14 KB
  Приобретение материальных запасов по фактической сформированной стоимости отражается по дебету соответствующих счетов аналитического учета счета 010500000 Материальные запасы 010531340 010536340 и кредиту счетов 030234730 Уменьшение кредиторской задолженности по приобретению материальных запасов 020834660 Уменьшение дебиторской задолженности подотчетных лиц по приобретению материальных запасов . Безвозмездное получение материальных запасов в том числе по централизованному снабжению распоряжению извещению отражается по дебету...
27070. Документальное оформление, порядок ведения и отражения в учете кассовых операций 16.09 KB
  Для учета кассовых операций применяются приходный кассовый ордер – форма № КО1 расходный кассовый ордер – форма КО2 журнал регистрации приходных и расходных кассовых документов форма КО3 кассовая книга форма КО4 книга учета принятых и выданных кассиром денежных средств форма КО5. Все операции по поступлению и расходованию денежных средств кассир записывает в кассовую книгу которая должна быть пронумерована прошнурована и опечатана сургучной печатью. В дебет его записывают поступление денежных средств в кассу а в кредит выбытие...
27071. Инвентаризация материальных запасов 15.97 KB
  Инвентаризация материальных запасов Методические указания по инвентаризации имущества и финансовых обязательств от 13 июня 1995 г . Инвентаризационной комиссией в описях заполняются данные о фактическом наличии товарноматериальных ценностей. Результаты проведенной инвентаризации материальных запасов отражают в инвентаризационной описи сличительной ведомости по объектам нефинансовых активов ф. При хранении материальных запасов в разных изолированных помещениях у одного материально ответственного лица инвентаризация проводится...