Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності

До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності:

генератор синусоїдальних сигналів Г3-112;

електронний вольтметр В3-53;

вимірювач частотних характеристик Х1-48;

електронно-лічильний частотомір Ч3-34А;

досліджуваний чотириполюсник.

Порядок виконання роботи

4.4.1 Для виконання п.1 лабораторного завдання до виходу генератора Г3-112 приєднати досліджуваний чотириполюсник. Визначити частоту, на якій вихідна напруга чотириполюсника буде найбільшою. На цій частоті встановити вихідну напругу чотириполюсника рівною 1 В, виміряти значення вхідної напруги чотириполюсника. Підтримуючи вхідну напругу чотириполюсника незмінною, виміряти напругу на виході чотириполюсника на частотах в діапазоні частот від 100 кГц до 400 кГц через 20 кГц. Результати вимірювання занести до табл. 4.1

Таблиця 4.1 – Результати вимірювання АЧХ чотириполюсника

Частота Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №1 - открытая онлайн библиотека , кГц              
АЧХ, визначена за допомогою генератора і вольтметра              
АЧХ, визначена за частотними мітками ВЧХ              
Абсолютна похибка Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №2 - открытая онлайн библиотека              
Відносна похибка Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №3 - открытая онлайн библиотека , %              
АЧХ, визначена за допомогою частотоміру              
Абсолютна похибка Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №4 - открытая онлайн библиотека              
Відносна похибка Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №5 - открытая онлайн библиотека , %              

Виміряти частоти, на яких АЧХ чотириполюсника має максимум та рівень 0,7 від максимального.

4.4.2 Для виконання п.2 лабораторного завдання ознайомитися з інструкцією з експлуатації ВЧХ Х1-48 і підготувати його до роботи. Виміряти АЧХ того ж чотириполюсника за допомогою ВЧХ. Для цього за допомогою органів управління ВЧХ добитися, щоб максимальне відхилення АЧХ збігалося з верхньою оцифрованою лінією сітки екрану, прийняти це значення за одиницю. Виміряти АЧХ на частотах, що і в п.1. результати вимірювань занести до табл. 4.1. Прийнявши значення АЧХ, визначені за допомогою генератора і вольтметра, за дійсні, визначити абсолютну та відносну похибки вимірювання АЧХ за допомогою ВЧХ за формулами

Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №6 - открытая онлайн библиотека , Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №7 - открытая онлайн библиотека , (4.1)

де Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №8 - открытая онлайн библиотека – значення АЧХ на відповідній частоті, виміряне ВЧХ; Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №9 - открытая онлайн библиотека – дійсне значення АЧХ на тій же частоті.

Результати розрахунків занести в табл. 4.1.

4.4.3 Виміряти АЧХ за допомогою ВЧХ, коли для вимірювання частоти застосовується електронно-лічильний частотомір Ч3-34А. Для цього вихід макета «Ч3-35» подати на вхід частотоміра. Вихід ВЧХ «Запуск частотоміра» на задній панелі ВЧХ з’єднати з входом частотоміра «Запуск» на задній панелі частотоміра. Перемикач частотоміра поставити в режим ручного запуску. Встановлюючи мітку на задані частоти, провести відлік значень АЧХ на тих саме частотах, що і в п.1, 2. Результати вимірювань занести до табл. 4.1. Розрахувати абсолютну та відносну похибки вимірювання за формулами (4.1), підставляючи замість Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №8 - открытая онлайн библиотека значення Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №11 - открытая онлайн библиотека – значення АЧХ на відповідній частоті, виміряне ВЧХ за допомогою частотоміра.

Виміряти частотоміром частоти, на яких АЧХ чотириполюсника має максимум та рівень 0,7 від максимального.

За трьома отриманими АЧХ побудувати графіки.

4.4.4 Для виконання п.4 лабораторного завдання частоту міток визначити за допомогою електронно-лічильного частотоміру. Для цього ступеневу мітку встановити таким чином, щоб вона збігалась з серединою мітки від генератора міток, та виміряти частоту частотоміром. Експеримент повторити для 5-6 міток. Результати занести до табл. 4.2.

Таблиця 4.2 – Визначення похибки генератора міток ВЧХ

Частота, вказана міткою ВЧХ Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №1 - открытая онлайн библиотека , кГц            
Частота, виміряна частотоміром Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №13 - открытая онлайн библиотека , кГц            
Відносна похибка Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №14 - открытая онлайн библиотека , %            

Розрахувати відносну похибку градуювання осі частот мітками за виразом

Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №15 - открытая онлайн библиотека ,

де Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №1 - открытая онлайн библиотека – частота, позначена міткою; Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №13 - открытая онлайн библиотека – показання електронно-лічильного частотоміру.

Результати розрахунків занести до табл. 4.2.

4.5 Контрольні запитання та завдання

Для допуску

1. З якою метою визначається АЧХ радіотехнічних пристроїв?

2. Опишіть методику вимірювання АЧХ чотириполюсника за допомогою ге-

нератору та вольтметру.

3. Поясніть принцип роботи ВЧХ.

4. Опишіть методику вимірювання АЧХ чотириполюсника за допомогою ВЧХ.

5. Як визначити наявність динамічних викривлень і як їх усунути?

6. Поясніть методику визначення похибки генератору міток ВЧХ.

7. Як визначити смугу пропускання чотириполюсника?

Для захисту

1. Вкажіть способи описання динамічних властивостей радіотехнічних кіл та пристроїв, поясніть їх.

2. Поясніть фізичний сенс АЧХ, опишіть методи отримання АЧХ, вкажіть переваги та недоліки цих методів.

3. Наведіть структурну схему ВЧХ Х1-48, поясніть призначення блоків та вказати вимоги, що висуваються до них.

4. Вкажіть шляхи досягнення необхідних метрологічних характеристик основних блоків ВЧХ.

5. Вкажіть призначення органів управління, розташованих на передній панелі приладу, і до яких блоків вони належать.

6. Поясніть призначення лінійно-ступінчатої розгортки.

7. Вкажіть причини динамічних викривлень ВЧХ.


ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГИ

Мета роботи – вивчення основних властивостей і галузей застосування електронних аналогових та цифрових вольтметрів та набуття практичних навичок роботи з ними.

5.1 Організація самостійної роботи

5.1.1 Завдання до самостійної підготовки до роботи

Ознайомитися з основними властивостями, областями та особливостями застосування магнітоелектричної та випрямляючої систем, а також електронних аналогових та цифрових вольтметрів [5, 7].

Ознайомитися з порядком повірки вольметрів [11].

5.1.2 Методичні вказівки до самостійної підготовки

Напруга є одним з найважливіших параметрів електричного сигналу. На практиці є необхідність вимірювання напруги в широких межах від одиниць нановольт до десятків кіловольт. Частотний діапазон напруги, що вимірюється, сягає від постійної напруги до одиниць гігагерць. Похибка, з якою вимірюють напругу, також лежить в широких межах, від тисячних відсотків до 10%.

5.1.2.1 Постійну напругу вимірюють вольтметрами магнітоелектричної, електродинамічної та електростатичної систем. Для точних вимірювань служат компенсатори постійної напруги, або потенціометри. Постійну напругу від долей вольта до декількох кіловольт вимірюють електронними вольтметрами, головною особливістю яких є великий вхідний опір, отже, невелике споживання потужності від об’єкту вимірювання.

Цифрові електронні вольтметри постійної напруги є одним з найрасповсюджених видів цифрових вимірювальних приладів, оскільки цифрові вимірювачі інших величин використовують додаткове перетворення в постійну напругу. Основні метрологічні властивості визначаються засобом аналогово-цифрового перетворення: використовується часове перетворення, частотне перетворення з інтегрування, перетворення на основі порозрядного врівноваження.

5.1.2.2 Змінна напруга характеризується піковим (амплітудним) значенням Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №18 - открытая онлайн библиотека і трьома інтегральними параметрами: середньоквадратичним Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №19 - открытая онлайн библиотека , середнім Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №20 - открытая онлайн библиотека , середньовипрямленим значеннями Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №21 - открытая онлайн библиотека . Таким чином, вольтметри змінної напруги в залежності від детектора, що в них використовується, поділяються на пікові (амплітудні), вольтметри середньоквадратичних і середньовипрямлених значень і відповідно виміряють ці значення.

Принцип дії електронного вольтметру змінної напруги полягає в перетворенні змінної напруги в постійну, прямо пропорційну відповідному значенню змінної напруги, і вимірюванні постійної напруги електромеханічним приладом або цифровим вольтметром. При цьому можливі два варіанти побудови функціональних схем приладів.

В першому – напруга, щo вимірюється підсилюється, після чого перетворюється детектором або термоперетворювачем та виміряється магнітоелектричним приладом або відразу після підсилення електростатичним приладом. При цьому досягається висока чутливість вольтметрів – до мікровольта та менш, а частотний діапазон визначається смугою підсилювача або смугою детектора.

Другий варіант передбачає попереднє перетворення змінної напруги в постійну з наступним підсиленням за допомогою підсилювача постіного струму та вимірюванням магнітоелектричним приладом. Частотний діапазон розширюється до 1000 мГц, а мінімальне значення вимірювальних напруг зростає до одиниць мілівольт.

5.1.2.3 Значення змінної напруги, що виміряне електронним вольтметром, визначається типом вимірювального перетворювача змінної напруги в постійну.

Однак шкали більшості вольтметрів градуюються в середньоквадартичних значеннях на синусоідальній напрузі. Тому при вимірюванні середньоквадратичного значення напруги несинусоідальної форми може виникнути похибка.

Виконання вимірювань і оцінка похибки пов’язані з необхідністю визначати за допомогою будь-якого вольтметра будь-яке значення будь-якої за формою напруги.

Знаючи середньоквадратичне значення напруги, отримати амплитудне або середьовипрямлене значення можна за формулами відповідно

Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №22 - открытая онлайн библиотека , Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №23 - открытая онлайн библиотека ,

де Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №24 - открытая онлайн библиотека Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №25 - открытая онлайн библиотека , Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №26 - открытая онлайн библиотека - коефіцієнти амплітуди і форми відповідно.

Для синусоідальної напруги Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №25 - открытая онлайн библиотека =1,41, Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №26 - открытая онлайн библиотека =1,11.

Таким чином, скоректувати покази вольтметрів для отримання різних значень напруги при несинусоідальній напрузі, можна знаючи його Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №29 - открытая онлайн библиотека , Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №30 - открытая онлайн библиотека . В табл. 5.1 наведені множники, що пов’язують покази приладу з різними значеннями змінних напруг.

Таблиця 5.1 – Множники для визначення значень несинусоідальної

напруги за показаннями вольтметру

Тип детектора вольтметра Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №18 - открытая онлайн библиотека Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №19 - открытая онлайн библиотека Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №21 - открытая онлайн библиотека
Піковий 1,41 Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №34 - открытая онлайн библиотека Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №35 - открытая онлайн библиотека
Середньоквадратичних значень Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №29 - открытая онлайн библиотека Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №37 - открытая онлайн библиотека
Середньовипрямлених значень Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №38 - открытая онлайн библиотека Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №39 - открытая онлайн библиотека 0,9

Таким чином, знаючи форму напруги і тип детектора вольтметра, можна визначити будь-яке значення напруги.

5.1.2.4 При вимірюванні змінної напруги виникає похибка вольтметрів від частоти. З підвищенням частоти додаткова частотна похибка вольтметрів, як правило, зростає.

Частотна похибка електродинамічних приладів зумовлюється зростанням реактивного опору котушок і додаткових резисторів при зростанні частоти. На практиці електродинамічні вольтметри можуть застосовуватись до частоти порядку сотень герц, а з додатковою компенсацією, коли додаткові резистори шунтуються ємністю, до декількох кілогерц.

Частотна похибка електромагнітних вольтметрів зумовлена зростанням втрат на вихрові струми у феромагнітному осерді, а також зменшенням сили струму та магнітного поля котушки внаслідок зростання реактивного опору. Тому частотний діапазон цих вольтметрів вужчий і складає декілька сотень герц, а з частотною компенсацією до одного кілогерца.

Частотна похибка приладів, що являють собою магнітоелектричний перетворювач, з’єднаний з перетворювачем змінного струму в постійний за схемою одно- або двонапівперіодного випрямляча, визначається властивостями випрямляча. Робочий частотний діапазон цих приладів обмежується декількома десятками кілогерц.

5.1.2.5 Загальна повірка вольтметрів включає зовнішній огляд, визначення похибки та варіації показань, дослідження впливу зовнішніх магнітних полів, вимір опору приладів, іспит на електричну міцність, визначення часу заспокоєння та неповернення стрілки до нульової відмітки, попереднє прогрівання та ін.

В результатів повірки оцінюється систематична Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №40 - открытая онлайн библиотека , випадкова Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №41 - открытая онлайн библиотека та загальна Опис лабораторної установки. До складу лабораторного робочого місця входять наступні засоби вимірювальної техніки і вимірювальні приналежності - №42 - открытая онлайн библиотека похибки, а також варіація показань засобом порівняння показань приладу, що повіряється, зі зразковим приладом. Ці метрологічні характеристики визначаються за стандартною методикою, яка наведена в [Электрорадиоизмерения: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Высш. Школа, 1976. – 263 с.].

Лабораторне завдання

1. На базі магнітоелектричного приладу розробити вольтметр постіної напруги і виконати його навчальну повірку.

2. Дослідити частотні властивості електронних вольтметрів.