Электрорадиоизмерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отделение автоматизации и электротехнических систем

ОП. 05 ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине ОП.05 Электрорадиоизмерения для обучающихся по специальности 11.02.09 Многоканальные телекоммуникационные системы

очной формы обучения

Составитель Г.А. Удалова

преподаватель высшей

квалификационной категории

2021



Аннотация

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине ОП.05 Электрорадиоизмерения предназначены для обучающихся по специальности 11.02.09 Многоканальные телекоммуникационные системы. Данная дисциплина изучается в одном семестре.

Методические указания состоят из пояснительной записки, общих требований к выполнению практических занятий, критериев оценки практических занятий, перечня практических занятий, содержания практических занятий, списка литературы.



Содержание

измерение погрешность осциллограмма электрический

Пояснительная записка

Общие требования к выполнению практических занятий

Критерии оценки практических занятий

Перечень практических занятий

Практическое занятие №1 Определение погрешности средств измерений по его классу точности

Практическое занятие №2 Определение элементов мостовой схемы

Практическое занятие №3 Элементы электрических измерительных цепей

Практическое занятие №4 Измерительные механизмы приборов прямого действия

Практическое занятие №5 Построение осциллограммы по точкам при различных формах развертывающего напряжения

Практическое занятие №6 Изучение электромеханических амперметров различных систем

Список литературы



Пояснительная записка

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине ОП.05 Электрорадиоизмерения предназначены для обучающихся по специальности 11.02.09 Многоканальные телекоммуникационные системы и составлены в соответствии с программой дисциплины ОП.05 Элетрорадиоизмерения, обеспечивают формирование профессиональных и общих компетенций по всем видам деятельности ФГОС по специальности 11.02.09 Многоканальные телекоммуникационные системы.

Таблица 1

Перечень общих компетенций

Код	Наименование общих компетенций
ОК1	Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК2	Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК3	Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК4	Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК5	Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.
ОК6	Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК7	Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.
ОК8	Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
ОК9	Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.



Таблица 2

Перечень профессиональных компетенций

ПК1.1	Выполнять монтаж и техническое обслуживание кабелей связи и оконечных кабельных устройств.
ПК1.2	Выполнять монтаж, первичную инсталляцию, мониторинг, диагностику цифровых и волоконно-оптических систем передачи.
ПК1.3	Устранять аварии и повреждения оборудования многоканальных телекоммуникационных систем, выбирать методы восстановления его работоспособности.

В результате изучения дисциплины обучающийся должен:

уметь:

пользоваться контрольно-испытательной и измерительной аппаратурой;

анализировать результаты измерений.

знать:

принципы действия основных электроизмерительных приборов и устройств;

основные методы измерения параметров электрических цепей;

влияние измерительных приборов на точность измерений; автоматизацию измерений.

иметь практический опыт:

использования контрольно-испытательной и измерительной аппаратуры;

анализа результатов измерений.

Методические указания к практическим занятиям будут полезны преподавателям при организации практических занятий, а также помогут обучающимся в решении практических задач.



Общие требования к выполнению практических занятий

Практические занятия проводятся в соответствии с календарно-тематическим планом изучения дисциплины Электрорадиоизмерения в процессе прохождения соответствующей темы.

Практические занятия состоят из выполнения обучающимися индивидуального расчетного задания и оформления результатов расчета в виде отчета.

Обучающиеся, не успевшие выполнить работу в срок, должны закончить её во внеурочное время и сдать на проверку преподавателю на следующем занятии. Обучающиеся, пропустившие практическое занятие, должны выполнить его самостоятельно.

При подготовке к выполнению практических занятий необходимо ознакомиться с содержанием предстоящей работы. Пользуясь рекомендуемой литературой, повторить материал темы, по которой будет проводиться работа.

Отчеты по практическим занятиям оформляются в ученической тетради в клетку, объемом 18 - 24 листа. Отчет должен содержать:

· название и цель практического занятия;

· задание для выполнения расчетной работы;

· исходные данные для расчета;

· расчетные формулы и пояснения к ним;

· результаты расчета требуемых величин с указанием единиц физических величин;

· схемы рассчитываемых устройств;

· графики заданных и рассчитанных характеристик;

· анализ полученных результатов и выводы по проделанной работе.

При выполнении графической части работы необходимо пользоваться чертежными инструментами, применять стандартные условно-графические обозначения элементов. Формулировка выводов по проделанной работе должна содержать подтверждение правильности выполнения расчетов и достижения цели практического занятия.

Критерии оценки практических занятий

Практические занятия оцениваются по пятибалльной системе:

- оценка «отлично» - 5 баллов выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся глубоко и прочно освоил программный материал, умеет тесно связывать теорию с практикой, владеет разносторонними навыками и приемами решения предложенных заданий, а содержание работы изложено исчерпывающе полно, последовательно, четко и логически стройно, без каких-либо неточностей;

- оценка «хорошо»- 4 балла выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся твердо знает программный материал, правильно применяет теоретические положения при решении предложенных заданий, владеет необходимыми навыками и приемами их выполнения, а содержание работы изложено грамотно, без существенных неточностей;

- оценка «удовлетворительно» 3 балла выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся имеет знания основного программного материала, но не усвоил его деталей, испытывает затруднения при решении предложенных заданий, в работе допущены неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушения логической последовательности в изложении;

- оценка «неудовлетворительно» менее 3 выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся не знает значительной части программного материала, неуверенно и с большими затруднениями выполняет работы, а в изложении работы допущены существенные ошибки.



Перечень практических занятий

В таблице 3 приведен перечень практических занятий по дисциплине ОП.05 Электрорадиоизмерения для обучающихся по специальности 11.02.09 Многоканальные телекоммуникационные системы.

Таблица 3

Перечень практических занятий

Наименование тем	Наименование занятий	Количество часов
Тема 2.1 Параметры и свойства средств измерений	Практическое занятие №1 Определение погрешности средств измерений по его классу точности	2
Тема 2.3 Измерительные цепи широкого применения	Практическое занятие №2 Определение элементов мостовой схемы	2
Тема 2. 4 Классификация, принцип действия, применение и конструкция средств измерений	Практическое занятие №3 Элементы электрических измерительных цепей	2
Тема 2.5 Выбор, применение, техническое обслуживание и поверка средств измерений	Практическое занятие №4 Измерительные механизмы приборов прямого действия	2
Тема 4.1 Принципы исследования процесса	Практическое занятие №5 Построение осциллограммы по точкам при различных формах развертывающего напряжения	2
Тема 5. 2 Измерение электрического тока	Практическое занятие №6 Изучение электромеханических амперметров различных систем	2
Итого		12



Практическое занятие №1 Определение погрешности средств измерений по его классу точности

Цель: формирование умений по вычислению погрешностей в зависимости от класса точности прибора

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 2 часа

Теоретическая часть

Погрешность измерения - отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения.

Отчего возникает погрешность? Причины, кроме явных ошибок экспериментатора, могут быть самые разнообразные. Принято различать приборные погрешности, обусловленные точностью измерительного прибора и его настройки, и погрешности случайные, вызванные неконтролируемыми внешними воздействиями, может быть, даже воздействием самого прибора.

Приборные погрешности в свою очередь могут быть случайными по величине и знаку или закономерными. Если погрешность закономерна, ее называют систематической и в принципе ее можно учесть в виде некоторой поправки к результату измерений.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы классифицируются по различным признакам. Например, измерительные приборы можно построить на основе аналоговой схемотехники или цифровой. Соответственно их делят на аналоговые и цифровые. Ряд приборов, выпускаемых промышленностью, допускают только отсчитывание показаний. Эти приборы называются показывающими. Измерительные приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний, носят название регистрирующих.

Под погрешностью электроизмерительных приборов, измерительных преобразователей и измерительных систем понимается отклонение их выходного сигнала от истинного значения входного сигнала.

Приведенная погрешность гП есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности Дa к нормирующему значению апр.

Нормирующее значение - условно принятое значение, могущее быть равным конечному значению диапазона измерений (предельному значению шкалы прибора).

Класс точности прибора указывают просто числом предпочтительного рода, например, 0,05. Это используют для измерительных приборов, у которых предел допускаемой приведенной погрешности постоянен на всех отметках рабочей части его шкалы (присутствует только аддитивная погрешность). Таким способом обозначают классы точности вольтметров, амперметров, ваттметров и большинства других однопредельных и многопредельных приборов с равномерной шкалой.

При установлении классов точности приборов нормируется приведенная погрешность, а не относительная. Причина этого заключается в том, что относительная погрешность по мере уменьшения значений измеряемой величины увеличивается.

По ГОСТ 8.401-80 в качестве значений класса точности прибора используется отвлеченное положительное число из ряда:

{1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6}*10б, б = 1, 0, -1, -2, -3,...

В интервале от 1 до 100 можно использовать в качестве значений класса точности числа:

(б = 0) 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6;

(б = 1) 10; 15; 20; 25; 40; 50; 60.

Т.е. четырнадцать чисел 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6; 10; 15; 20; 25; 40; 50; 60.

Необходимо отметить, классы точности от 6,0 и выше считаются очень низкими.

Вторая операция - градуировка (сравнение с мерой) производится не при каждом измерении, а лишь в процессе производства прибора и его периодических поверках. Между применением прибора и его предыдущей поверкой может лежать большой интервал времени, а погрешность измерительного прибора за это время может значительно измениться. Это и приводит к тому, что метод непосредственной оценки дает обычно меньшую точность измерения, чем метод сравнения.

В соответствии с ГОСТ 15094-89 «Приборы электронные радиоизмерительные. Классификация. Наименования и обозначения», все электронные радиоизмерительные приборы, в зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин делятся на 20 подгрупп. Каждая подгруппа обозначается заглавными буквами русского алфавита и состоит из нескольких видов, обозначаемых цифрами по порядку. Каждому типу прибора присвоены порядковые номера, перед которыми ставится черточка (дефис), например, В3-17.

Магнитоэлектрические механизмы конструктивно могут быть выполнены с неподвижным магнитом и подвижной рамкой или с подвижным магнитом и неподвижной рамкой. Более широкое применение находят механизмы с неподвижным магнитом. Устройство такого измерительного механизма показано на рис. 1.

Задание

Задача №1. Определить для вольтметра с пределом измерения 30 В класса точности 0,5 относительную погрешность для точек U В и наибольшую абсолютную погрешность прибора (таблица 1.1).



Таблица 1.1

Данные для решения задачи

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U1, В	5	6	8	7	8	10	14	4	8	6
U2, В	10	12	10	14	10	12	18	8	12	12
U3, В	15	18	12	22	12	14	22	12	14	18
U4, В	20	24	14	25	14	16	26	16	16	22
U5, В	25	28	16	26	16	22	32	20	22	26
U6, В	30	32	18	28	18	24	34	22	28	30

Задача №2. При измерении напряжения двумя параллельно включенными вольтметрами их показания были: U1 = В, U2 = В. Показания какого прибора точнее, если класс точности КV1 = 2,5, КV2 = 1,0, а пределы измерения соответственно равны Uпр1 = 30 В; Uпр2 = 150 В (таб.1.2)

Таблица 1.2

Данные для решения задачи

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U1, В	29,2	28,2	27,2	26,2	25,2	23,2	28,2	23,2	22,2	21,2
U2, В	30	29	28	27	26	24	29	24	23	22

Задача №3. Ток х мА измеряется цифровым вольтметром с трехразрядным цифровым индикатором и амперметром с классом точности 0,5 и пределом шкалы 250 мА. Каким прибором ток будет измерен точнее? (таб.1.3)

Таблица 1.3

Данные для решения задачи

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I, A	125	123	122	126	127	128	129	122	124	128

Задача №4. Значения класса точности аналогового вольтметра К = 0,5.Какой будет относительная и абсолютная погрешности однократных измерений напряжения Uизм = В на пределе измерения Uпр = 10 В?(таб.14.4).

Таблица 1.4

Данные для решения задачи

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U1, В	2	4	1	3	4	1	3	2	10	4
U2, В	3	4,5	1,5	3,6	4,8	2	5	6	8	7
U3, В	3,4	5	5	1	3,3	9	7	8	9	6

Контрольные вопросы

1. Определите точность приборов для выполнения измерений при прямых методах измерения.

2. В чем разница между методами сравнения с мерой.

3. Перечислите инструмент для выполнения прямых измерений.

4. Для каких целей используют прямые измерения.

5. Каков выбор метода прямого измерения? В чем разница меду точностью в каждом из методов?

Рекомендуемая литература: 1.1 [58-59 c.], 1.3[49-52c.].

Практическое занятие №2 Определение элементов мостовой схемы

Цель работы: формирование умений по определению параметров электрической цепи

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения 2 часа

Теоретический материал

Измерительный мост, позволяющий определять величину неизвестного электрического сопротивления, был изобретён британским учёным Самуэлом Кристи в 1833 году, и позже модернизирован и популяризирован другим британским учёным, Чарльзом Винстоном в 1843 году. Измерительный мост устройство для измерения электрических величин: сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей и т.д. методом сравнения с образцовой мерой.

Выполнен по схеме мостовой цепи с гальванометром в качестве нуль-индикатора, включённым в диагональ моста. Принцип действия измерительного моста основан на особенности работы мостовой цепи: разность потенциалов в точках С и D и, следовательно, ток через гальванометр в диагонали моста будут равны нулю при любых значениях ЭДС источника питания, если сопротивления плеч моста удовлетворяют равенству: R_хR₃=R₂R₁. Измерительные мосты постоянного тока подразделяются на одинарные (4-плечие) - для измерения активных (омических) сопротивлений от 1 Ом - и комбинированные (одинарно-двойные) - для измерения сопротивлений в широком диапазоне (рис.2.1).

Измерительные мосты переменного тока служат для измерений ёмкости, индуктивности и т.д. Обычно их делают 4-плечими, реже 6-плечими. Различают измерительные мосты уравновешенные (наиболее точные), работа которых основана на нулевом методе, и неуравновешенные, в которых об измеряемой величине судят по показаниям измерительного прибора (гальванометра), проградуированного в соответствующих единицах (сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.) (рис.2.2).

Рисунок 2.1 Мост постоянного тока

Рисунок 2.2 Мосты переменного тока

Задание

Определить неизвестные значения сопротивления, индуктивности, емкости в соответствии с вариантом, указанным в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Данные для решения задач

№ варианта	Номер рисунка	R2,Ом	R3,Ом	R4,Ом	C3, пкФ	C4, пкФ
1	2.2а	100	200	300	-	50
2	2.2б	250	350	450	-	60
3	2.2в	250	450	350	40	-
4	2.2а	230	200	560	-	50
5	2.2б	150	350	650	-	60
6	2.2в	350	450	650	80	-
7	2.2а	230	200	560	-	50
8	2.2б	150	350	650	-	60
9	2.2в	850	450	650	75	-
10	2.2а	130	400	560	-	50
11	2.2б	150	350	650	-	45
12	2.2в	360	460	640	90	-
13	2.2а	250	210	520	-	55
14	2.2б	170	320	750	-	33
15	2.2в	330	550	650	75	-
16	2.2а	430	220	460	-	45
17	2.2б	110	150	250	-	34
18	2.2в	250	650	650	78	-
19	2.2а	330	200	360	-	55
20	2.2б	165	350	650	-	60

Контрольные вопросы

1.Напишите формулу баланса моста для постоянного тока.

2. Чем отличается мост переменного тока от моста постоянного тока?

3. Расскажите принцип работы мостов переменного тока.

4. Что может служить детектором нуля для мостов переменного тока?

5.Чем отличаются симметричные мосты переменного тока от несимметричных?

6. Для какой цели добавляют заземление Вагнера в мосты переменного тока?

Рекомендуемая литература: 1.2 [273-277 c.], 1.3[102-106c.].

Практическое занятие №3 Элементы электрических измерительных цепей

Цель: формирование навыков работы с измерительными элементами

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 2 часа

Теоретический материал

Основными составляющими электрических измерительных приборов для цепей переменного тока являются резисторы, измерительные конденсаторы, измерительные катушки индуктивности и взаимной индуктивности.

Измерительный резистор. В идеальном резисторе вектор тока совпадает по направлению с вектором напряжения. В реальном резисторе всегда присутствуют межвитковая ёмкость и индуктивность, так как проволочный резистор является катушкой, а изоляция витков - обкладками конденсатора. Современные резисторы, основанные на применении керамических материалов, обеспечивают величину сопротивления за счет присутствия проводящих примесей. Они более миниатюрны и лишены таких явлений, как паразитная ёмкость и индуктивность.

Рисунок 3.1 Эквивалентная схема замещения резистора с унифилярной обмоткой

Полное сопротивление резистора имеет вид:

(3.1)

Для частот до 200 кГц можно приравнять тогда

(3.2)

где - постоянная времени, с; - частота сети, Гц;

(3.3)

Для частот выше 200 кГц полное сопротивление составит:

(3.4)

Активное сопротивление:

(3.5)

Если за полное сопротивление резистора на переменном токе принимается R, определенное на постоянном токе, то вносится поправка:

(3.6)

При изготовлении резистора для исключения влияния реактивного сопротивления производят намотку петлевым или унифилярным способом.

Петлевой резистор L,Гн:

(3.7)



Рисунок 3.2 Петлевой резистор

Резистор с унифилярной обмоткой:

(3.8)

Рисунок 3.3 Резистор с унифилярной обмоткой

Все размеры выражаются в метрах, а коэффициент Kaопределяется в соответствии с кривой, изображенной на рисунке 1.4.



Рисунок 1.4 Зависимость коэффициента Ка от отношения

Измерительные конденсаторы предназначены для работы при низких напряжениях, имеют плоскую форму, а для работы при высоких напряжениях - цилиндрическую (коаксиальную расположенные проводящие цилиндры).

Ёмкость C[Ф] для плоского конденсатора:

(3.9)

где

S - площадь обкладки, ;

d - расстояние между обкладки, мм;

- относительная диэлектрическая приницаемость диэлектрика.

Емкость цилиндрического конденсатора:

(4.10)

где

l -длина цилиндра, м;

D₁ - внешний диаметр внутреннего цилиндра, м;

D₂ - внутренний диаметр внешнего цилиндра, м.

Катушки индуктивности и взаимной индуктивности.

Индуктивность катушки с каркасом прямоугольного сечения:

(3.11)

Индуктивность катушки с каркасом круглого сечения:

(3.12)

Взаимная индуктивность тороидальной катушки прямоугольного сечения:

(3.13)

Взаимная индуктивность тороидальной катушки круглого сечения:

(3.14)

где

w1,w2 - числа витков катушек;

Dср - средний диаметр катушек;

a, r - аксиальный и радиальный размеры средних витков катушек;

d - диаметр среднего витка внутренней катушки.

Рисунок 3.5 Катушки индуктивности и взаимной индуктивности

Расчет производится с помощью комплексного магнитного сопротивления

(3.15)

или

(3.16)

где

I -ток в катушке А;

намагничивающая составляющая тока, А;

Ia- составляющая тока I, обусловленная потерями в магнитопроводе, А;

w- число витков;

Ф - магнитный поток, Вб;

Pm- удельное магнитное сопротивление материала, АЧм/Вб;

l, s- средняя длина (м) и сечение ( магнитопровода;

- удельное активное сопротивление материала магнитопровода,

АЧм/Вб;

- удельное реактивное сопротивление материала магнитопровода, АЧм/Вб.

Полное сопротивление катушки индуктивности с магнитопроводом:

(3.17)

где

Zк- комплексное сопротивление обмотки, Ом;

- сопротивление, вносимое магнитопроводом, Ом.

Активное сопротивление магнитопровода:

(3.18)

Реактивное сопротивление магнитопровода:

(3.19)

Комплексное магнитное сопротивление магнитопровода, имеющего воздушный зазор:

(3.20)

где

- комплексное магнитное сопротивление магнитопровода;

- магнитное сопротивление воздушного зазора, Ом;

- длина воздушного зазора;

S - средняя площадь сечения магнитного потока воздушном зазоре, равная площади сердечника, м;

- магнитная постоянная

Полное сопротивление катушки индуктивности, имеющей воздушный зазор, при условии:

(3.21)

Взаимная индуктивность между обмотками катушки с магнитопроводом:

(3.22)

Добротность катушки:

(3.23)

Задание 1. Определите сопротивление и постоянную времени резистора, имеющего форму петли, и резистора с унифилярной обмоткой, состоящей из w витков, при заданных размерах соответственно a, d и R, I Обмотка выполнена из манганинового провода, сопротивление одного метра которого равно (таблица 3.1). Длина резистора - .

Таблица 3.1

Исходные данные для расчета сопротивления и постоянной времени резистора

Вариант	w	а, мм	d, мм	R, Ом	l, мм	r1Ом/м	lyмм
1	33	0,8	12	5	150	1,58	19
2	30	0,8	16	5	140	1,58	20
3	32	0,8	14	6	150	1,58	19
4	36	0,9	12	8	150	1,58	19
5	30	0,8	12	5	150	1,58	19
6	55	0,6	15	8	130	42.6	15
7	25	0,7	12	5	150	1,58	15
8	55	0,6	15	8	130	42.6	15
9	25	0,7	12	5	150	1,58	15
10	55	0,6	15	8	130	42.6	15

Задание 2. В качестве меры емкости используется цилиндрический конденсатор Томпсона-Лампара. Каковы емкость и заряд цилидиндрического конденсатора, если длина цилиндра l, внешний диаметрвнутреннего цилиндраD₁,,внутренний диаметр внешнего цилиндра D₂, рабочее напряжение U.

Таблица 3.2

Параметры цилиндрического конденсатора Томпсона-Лампара

№ варианта	Длина l, см	Внешний диаметр внутреннего цилиндра D1, см	Внутренний диаметр внешнего цилиндра D2, см	Рабочее напряжение U,В
1	2,8	0,6	0,4	120
2	3,2	0,6	0.4	160
3	3,3	0,8	0,6	140
4	4	0,6	0,4	120
5	3	0,6	0,4	200
6	2,1	1,4	1,2	300
7	2,2	1,5	1,3	250
8	2,3	1,6	1,4	400
9	1,6	0,7	0,5	15
10	1,6	0,6	0,4	160

Контрольные вопросы

1.Назовите основные элементы электрических измерительных цепей.

2.Какие существуют основные виды измерительных резисторов?

3.Чем реальный измерительный резистор отличается от идеального?

4 При каких напряжениях необходимо использовать плоский или цилиндрический конденсатор?

Рекомендуемая литература: 1.2 [282-284 c.], 1.3[131-158c.].

Практическое занятие №4 Измерительные механизмы приборов прямого действия

Цель: формирование навыков работы с измерительными механизмами

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 2 часа

Теоретический материал

Измерительным механизмом называют те элементы прибора, взаимодействие которых вызывает взаимное перемещение подвижных частей. При прохождении электрического тока происходит перемещение подвижной части рабочего механизма прибора вследствие его намагничивания. При этом возникает вращающий момент Mвр, скручивающий пружины, растяжки или подвес, и противодействующий момент Mпр, направленный встречно.

Момент вращения для прибора в этом случае выразится как:

(4.1)

где

B - магнитная индукция, Тл;

S - площадь поперечного сечения катушки, для магнитоэлектрического прибора - активная площадь обмотки рамки, ;

I- ток, протекающий по проводнику, А;

w - количество витков в катушке.

Противодействующий момент уравновешивает момент вращения, однако направлен встречно ему и записывается с противоположным знаком:

(4.2)

где

Wпр - удельный противодействующий момент характеризует жесткость пружины, (HЧм) / рад;

a - угол поворота стрелки, град, рад, см.

Равновесное положение характеризует установившийся режим работы средства измерения.

При проведении измерения подвижная часть отклоняется до тех пор, пока не выполнится условие:

(4.3)

Каждый прибор обладает определенным минимумом реакции на измеряемую величину. Эта реакция называется чувствительностью. Различают чувствительность по току:

(4.4)

где

a - угол перемещения указателя, град, рад, см;

I - ток, протекающий по проводнику A; и по напряжению:

(4.5)

где

r- сопротивление катушки механизма, Ом.

Величина, обратная чувствительности механизмы измерительных приборов снабжаются успокоителя. Они создают момент успокоения, пропорциональный угловой скорости подвижной части:

(4.6)

Для более простого использования механизмы измерительных приборов снабжаются успокоителями. Они создают момент успокоения, пропорциональный угловой скорости подвижной части:

(4.7)

где

P - коэффициент успокоения, (HЧмЧс) / рад.

Для приборов с магнитоэлектрическим механизмом роль успокоителя выполняет рамка, в которой создается ток от передвижения его в равномерном магнитном поле. Для приборов магнитоэлектрической системе с каркасной рамкой коэффициент успокоения определяется как:

(4.8)

где

- сопротивление каркаса, Ом;

- активная площадь каркаса, .

Для бескаркасной рамки

(4.8)

где

- сопротивление обмотки цепи рамки, Ом;

- сопротивление внешней цепи, Ом.

Полное успокоение каркасной рамки с катушкой

(4.9)

Полное критическое сопротивление, при котором

(4.10)

где

J - момент инерции подвижной части, кг Ч ;

W - удельный противодействующий момент пружины, растяжки или подвеса, (HЧм)/рад, будет найдено как:



(4.11)

Степень успокоения, от которой зависит чувствительность механизма к количеству электричества, выражается отношением:

(4.12)

где

- сопротивление рамки, Ом;

-внешнее критическое сопротивление, Ом;

в=0: подвижная часть колеблется с минимальным периодом

(4.13)

где

- круговая частота собственных колебаний подвижной части, рад/с;

в<1: недоуспокоенный (колебательный) режим:

(4.14)

в = 1: режим критического успокоения:

(4.15)

в> 1: режим апериодический (переуспокоенный):

(4.16)

Период колебания для различных режимов будет найден как отношение

(4.17)

где

- период собственных колебаний подвижной части, с.

Время успокоения при в<1 будет найдено как:

(4.18)

где

v - погрешность установки в относительных единицах, v? 0,02.

Амплитуда вынужденных колебаний подвижной части и угол отставания Ш этих колебаний по фазе от колебания момента =равны:

(4.19)

где

k = - относительная частота.

Амплитудная чувствительность для магнитоэлектрических приборов рассматривается как преобразователь гармонического вращающего момента в колебания подвижной части:

(4.20)

где

v - динамическая восприимчивость подвижной части;

- чувствительность при постоянном моменте.

Динамическая восприимчивость подвижной части

(4.21)

Динамическая восприимчивость показывает, в какой мере отношение амплитуды колебаний подвижной части к амплитуде момента зависит от частоты, и выражает разность динамической восприимчивости данного механизма и динамической восприимчивости идеального механизма, равной единице. По динамической восприимчивости определяется амплитудная погрешность:

(4.22)

Если центр тяжести подвижной части прибора не совпадает с осью вращения, появляются опрокидывающий момент и момент силы тяжести. Чем лучше уравновешена подвижная часть (противовесами), тем меньше её влияние, и показания прибора практически от этого не зависят:

(4.23)

где

- момент силы тяжести;

- коэффициент пропорциональности ;

G - масса подвижной части,кг;

n - показатель степени, зависящий от способа установки подвижной части, находится в пределах от 1,33 до 1,5.

Для сравнения механических качеств однотипных приборов используют коэффициент дробности:

(4.24)

где

- вращающий момент, приведенный к углу 90,НЧм.

Задание

Определите коэффициент успокоения P,степень успокоения в и время успокоения механизма магнитоэлектрического милливольтметра на отметке равнойUмВ,если индукция в воздушном зазоре 0,232 Тл, число витков рамки 1200,5, момент инерции подвижной части 0,05*кгЧ,удельный противодействующий момент 4,58* (НЧм)/рад, активная площадь рамки 4 , погрешность установки 0,02, полное сопротивление цепи рамки =Ом.

Таблица 4.1

Параметры магнитоэлектрического милливольтметра

№ варианта	1	2	3	4
Показания милливольтметра U, мВ	60	50	100	30
Индукция в воздушном зазоре В, Тл	0.232	0.282	0.262	0.472
Число витков рамки	1200	1400	1600	1200
Момент инерции подвижной части рамки J, кг Ч ;	0,05	0,05	0,05	0,05
Удельный противодействующий моментWпр, (НЧм)/рад	4,58	6,58	2,58	4,58
Активная площадь рамкиS,см2	4	9	16	14
Погрешность установкиА	0.02	0,03	0,04	0,02
Полное сопротивление цепи рамки, Ом	105	3105	105	2 105
№ варианта	5	6	7	8
Показания милливольтметра U, мВ	30	60	100	30
Индукция в воздушном зазоре В, Тл	0.432	0.282	0.262	0.272
Число витков рамки	1400	1600	1600	1800
Момент инерции подвижной части рамки J, кг Ч ;	0,07	0,08	0,06	0,03
Удельный противодействующий моментWпр, (НЧм)/рад	2,58	6,58	2,58	5,58
Активная площадь рамкиS,см2	9	9	16	15
Погрешность установкиА	0.04	0,03	0,04	0,02
Полное сопротивление цепи рамки, Ом	105	5105	105	2 105
№ варианта	9	10	11	12
Показания милливольтметра U, мВ	40	60	100	14
Индукция в воздушном зазоре В, Тл	0.332	0.282	0.262	0.262
Число витков рамки	1400	1400	1800	1800
Момент инерции подвижной части рамки J, кг Ч ;	0,06	0,05	0,05	0,05
Удельный противодействующий моментWпр, (НЧм)/рад	2,58	6,58	3,58	3,58
Активная площадь рамкиS,см2	16	16	12	14
Погрешность установкиА	0.04	0,03	0,04	0,03
Полное сопротивление цепи рамки, Ом	105	3105	105	105

Контрольные вопросы

1. Чем отличается коэффициент успокоения от степени успокоения механизма магнитоэлектрического милливольтметра?

2. Вследствие чего происходит перемещение подвижной части рабочего механизма прибора при прохождении через него электрического тока?

Рекомендуемая литература: 1.1 [72-77 c.], 1.2[333-339c.].

Практическое занятие №5 Построение осциллограммы по точкам при различных формах развертывающего напряжения»

Цель: формирование умений по построению осциллограммы

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 2 часа

Теоретический материал

С помощью осциллографа можно увидеть, что происходит в электронных схемах: какова форма сигнала, где он появился или где пропал, временные и фазовые соотношения сигналов. Основное предназначение осциллографа - изображение формы измеряемого электрического сигнала. (рис.5.1).

Рисунок 5.1 Осциллограф ОСУ-20

Экран осциллографа разбит на клетки. Эти клетки называют делениями. Центральные линии по осям Х и Y имеют дополнительные риски, разбивающие деления на 5 или 10 частей. Они нужны для повышения точности измерений, это доли деления. Одно деление на экране осциллографа - это единица измерения исследуемого сигнала (напряжения или тока) по оси Y и отсчёта времени по оси Х. Величина этих измерений определяется точно также как и с линейными масштабами:

умножением числа клеток по вертикали на значение чувствительности (если для рис. 1 оно установлено на 0,1 В/дел, то тогда амплитуда сигнала равна 0,2 В),

- умножением числа клеток по горизонтали на установленное время развёртки (если для рис. 1 оно установлено на 5 мкс/дел, то тогда период сигнала равен 25 мкс).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.2 Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка - основная часть осциллографа.

По принципу отклонения и фокусировки электронного луча различают два вида ЭЛТ: электростатические и магнитные. На большинстве осциллографов используются электростатические ЭЛТ, устройство которой показано на рисунке 5.2.

Конструктивно ЭЛТ представляет собой удлинённый цилиндрический вакуумированный стеклянный баллон с расширением, где размещён экран покрытый люминофором. При наведении на него электронного луча он излучает видимое свечение, имеет прямоугольный экран с нанесенными прямо на стекло линиями в виде квадратных клеток с выделенными рисками на осевых. Именно этот экран и является индикатором осциллографа, а целые клетки на экране - делениями. Риски - доли деления!

Электронный луч формируется электронной пушкой, состоящей из системы электродов «катод - модулятор - первый анод - второй анод».

Катод косвенного накала (3) в форме полого цилиндра расположен у цоколя ЭЛТ и испускает электроны с внешней торцевой поверхности при нагревании изнутри нитью накала (2), к которой подведено переменное напряжение. Это явление называется термоэлектронной эмиссией. Электроны, излучаемые катодом, не отлетали бы далеко и осаживались на него обратно, если бы не ещё несколько электродов - это фокусирующий электрод (5) (или он же первый анод) и ускоряющий электрод (6) (второй анод).

Но сначала между катодом и фокусирующим электродом располагается модулятор (4) - управляющий электрод с центральным осевым отверстием, через который выходит электронный пучок. Действие управляющего электрода подобно действию сетки в триоде: изменением в несколько десятков вольт отрицательного потенциала относительно катода на модуляторе регулируют количество электронов в луче и тем самым можно полностью гасить (или «запирать») луч и выпускать его через центральное отверстие в нужный момент, а также управлять яркостью осциллограммы.

Задание

1.Определите параметры сигнала: частоту, амплитуду сигнала по вариантам (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 Осциллограмма

Таблица 5.1

Данные для решения задачи

№ варианта	Множитель вольт/деление	Множитель время/дел	№ варианта	Множитель вольт/деление	Множитель время/дел
1	1,5 В	15 мс	11	10мВ	10мс
2	0,5 В	0,5 мс	12	15мВ	15 мс
3	2,0В	2 мс	13	0,5В	10 мс
4	1,5мВ	1,5 мс	14	1,0В	15 мс
5	0,5 мВ	0,5мс	15	1,5мВ	10 мс
6	2,0мВ	10мс	16	2,0мВ	15 мс
7	1,5 В	15мс	17	0,5 мВ	10 мс
8	10мВ	10мс	18	2,0мВ	15 мс
9	15мВ	15мс	19	5В	25 мс
10	10мВ	0,1мс	20	10В	10 мс

Контрольные вопросы

1.От каких факторов зависит точность измерения напряжения осциллографом и как её увеличить?

2.Объясните измерение периода сигнала осциллографом.

3.Как с помощью осциллографа измерить амплитуду сигнала?

4.Что такое электронный осциллограф? Какие виды осциллографов вам известны?

5.Для чего в осциллографе используется электронно-лучевая трубка?

6.Что такое электронная пушка?

7.Как фокусируется электронный пучок?

8.Объясните причину свечения экрана под действием электронного луча.

Рекомендуемая литература: 1.1 [7-23 c.], 1.2[159-187c.].

Практическое занятие №6 Изучение электромеханических амперметров различных систем

Цель: формирование навыков работы с электромеханическими амперметрами

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 2 часа

Теоретический материал

Амперметр - прибор для измерения силы тока в амперах (рис.6.1). Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи (рис.2), силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений -- с шунтом или через трансформатор.

Рисунок 6.1 Амперметр 6.2- Подключение амперметра в цепь

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональной величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными -- силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры. Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах -- через трансформатор.

Задание

Для двух заданных электромеханических амперметров (или изображений их лицевых панелей) определить основные метрологические параметры, считав их значения со шкал амперметров (рис.6.1). Результаты записать в табл.6. 1.

Рисунок 6.1 Шкалы амперметров

Таблица №1

Результаты определения параметров двух амперметров

Анализ символов на лицевых панелях (шкалах) амперметров.

Рассмотреть и расшифровать все символы на каждом приборе и записать их значения в таблицу.

Сравнительный анализ двух амперметров. На основании заполненной таблицы и внешнего осмотра двух заданных амперметров провести их сравнительный анализ и указать достоинства и недостатки первого прибора по сравнению со вторым.

Определение значения силы тока. По заданному положению стрелок индикаторов амперметров определить значе...