Изучение электроизмерительных приборов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Изучение электроизмерительных приборов

ЦЕЛЬ: изучить электроизмерительный прибор комбинированного типа (авометр), цифровой вольтметр, низкочастотный генератор, осциллограф и получать навыки практической работы с этими приборами.

1.Авометр

Большинство современных приборов пассивного типа основано на том, что при пропускании тока через катушку, механически соединенную со стрелкой и помещённую в постоянное магнитное поле создается вращающий момент, который поворачивает катушку на угол, прямо пропорциональный значению тока. При подключении к прибору соответствующим образом резисторов можно измерять напряжения и сопротивления.

Прибором типа 43208 можно измерить:

- силу постоянного и переменного тока с пределами измерений 0,1; 1; 10; 100; 500 мA;

- напряжение постоянного и переменного тока с пределами измерений 0,5; 2,5; 5; 25; 50; 250; 500 В;

- сопротивление постоянному току с пределами измерений 0,1; 10; 100; 1000; 10000 кОм.

Рекомендации при измерениях.

Перед измерением переключатель диапазонов установить в положение, соответствующее ожидаемому значению или максимальному значению измеряемой величины, затем кнопочным переключателем установить род измеряемого тока ("-" или "~"). После этого прибор можно подключать к исследуемой схеме. При измерении сопротивлений следует ручкой переменного резистора при разомкнутых входных зажимах установить стрелку прибора на отметку "?" шкалы "Щ" и на отметку "0" шкалы "кЩ", "МЩ" при замкнутых входных зажимах. Особенно будьте внимательны при измерении тока, чтобы вместо тока не подать напряжение в измерительную цепь. Это может привести прибор в негодность несмотря на наличие автоматической защиты. Никогда не измеряйте сопротивление резистора в схеме, находящейся под напряжением.

2. Вольтметр

Вольтметр универсальный цифровой В7-40.

Принцип действия вольтметра состоит в преобразовании измеряемой величины (переменного напряжения, постоянного тока, переменного тока и сопротивления) в постоянное напряжение с последующим его измерением аналого-цифровым преобразователем (АЦП) интегирирующего типа.

Наиболее распространенная схема АЦП показана на рис.1.1,а.

Рис 1.1,а

Электронный переключатель вначале находится в положении 1, подключая источник измеряемого напряжения U_x к интегратору (обычно это операционный усилитель с емкостной обратной связью). На выходе интегратора формируется линейно изменяющееся напряжение, скорость нарастания которого пропорциональна U_x. Как только сигнал на выходе интегратора составит несколько миливольт, включается комппаратор напряжения. При этом на выходе логической схемы И возникает последовательность тактовых импульсов, число которых считается двойным счетчиком. Счет ведется до момента времени t₁ (рис.1.1,0), в который логический детектор счетчика переключает электронный ключ в положение 2.

Рис 1.1,б

При этом опорное напряжение U_0n, имеющее полярность, противоположенную U_x, подается на интегратор, на выходе которого формируется линейно падающее напряжение. В момент времени t₂ напряжение упадет до нуля и компаратор остановит счетчик. Если измеряемое напряжение за прошедшее время изменило свое значение, счетчик выполняет новый отсчет.

Современные цифровые вольтметры обеспечивают точность измерений 0,01-0,001 %.

Для выполнения лабораторных работ используется универсальный цифровой вольтметр В7-40/1.ЕГО технические данные представлены таблицей 1.1.

Таблица 1.1

Вольтметр универсальный цифровой В7-35.

Вольтметр состоит из измерительного блока и сетевого блока питания. Кроме того, в состав вольтметра входят 3 внешние преобразователя: преобразователь высокочастотного напряжения, шунт 10А и делитель напряжения 1:1000, а также блок питания батарейный, который можно подключать к измерительному блоку вместо сетевого блока питания.

Измерительный блок содержит следившие функциональные узлы:

- устройство входное;

- АЦП;

- устройство индикации;

- устройство автоматического выбора предела измерения (АВП);

- импульсный стабилизатор питания.

В основу принципа действия прибора положен метод аналого-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. При помощи преобразователей, как внешних, так и входящих в состав входного устройства, измеряемые величины преобразуются в нормализованное напряжение постоянного тока, которое при помощи АЦП преобразуется в цифровой код. Результат измерения индицируется на индикаторном табло.

Технические данные вольтметра Б7-35 представлены таблицей 1.2

электроизмерительный авометр вольтметр осциллограф

Таблица 1.2

В формулах погрешностей: Х_k -значение номинального предела измерения; X -показания вольтметра.

Рекомендации при измерениях цифровым вольтметром.

ВНИМАНИЕ!

1. Не допускать попадания на вход "I","0" напряжения более 0,6В!

2. При измерении сопротивлений не допускать попадания напряжения на гнезда "U,R" и "0".

3. При измерении постоянного и переменного напряжений вольтметр выдерживает нагрузку в течение одной минуты.

4. Если вольтметр показывает перегрузку (мигающее показание "0000" на индикаторном табло), отсоедините вольтметр от объекта измерений.

5. Для проведения измерений нажать клавишу "род работы" и клавишу "пределы" "АВП".

3. Генератор сигналов

Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-112/1.

Генератор сигналов низкочастотный представляет собой источник синусоидального (основной режим) и прямоугольного (дополнительный режим) сигналов и предназначен для исследований, настройки и испытания различных систем и приборов.

Технические да иные: диапазон частот от 10 ГЦ до 10 МГЦ перекрывается шестью поддиапазонами с плавной перестройкой внутри поддиапазонов. Основная погрешность установки частоты не превышает ±(2+30/f_н)% (1-5 поддиапазоны) и ±3% на 6 поддиапозоне.

Номинальное значение выходного сопротивления генератора на основном выходе 50 ± 5 Ом.

Генератор состоит из задающего генератора (ЗГ),формирователя прямоугольного сигнала (ФП), плавного регулятopa напряжения (РН), усилителя мощности (УМ), аттенюатора (А) и стабилизированного источника питания (СИП).

Задающий генератор представляет собой перестраиваемый по частоте RC генератор с автоматической стабилизацией амплитуды выходного сигнала. Через гнездо "синхр" генератор синхронизируется синусоидальным сигналом от внешнего источника.

Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-123.

Генератор представляет собой источник синусоидального и прямоугольного сигналов в диапазоне от I Гц до 299,9 кГц

Технические данные:

Установка частоты осуществляется дискретно с передней панели и дистанционно на четырех поддиапазонах:

I - 200 Гц через 0,1 Гц -1-й поддиапазон;

200 Гц - 2 кГц через I Гц -2-й поддиапазон;

2 - 20 кГц через 10 Гц - З-й поддиапазоп;

20 - 299,9 кГц через 100 Гц - 4-й поддиапазон.

Основная погрешность дискретной установки частоты не превышает;

1% в диапазоне частот от 10 Гц до 20 кГц на 1,2 и 3 поддиапазонах;

1,5% в дипппзоне частот от 1 до 10 Гц на 1 поддиапазоне и от 20 до 299,9 кГц на 4 поддиапазоне.

Установка уровня выходного напряжения на гнезде "О1" является дискретной в пределах от 2 до 23 В с дискретностью 1B. Плавная регулировки выходного напряжения на гнезде " О1" не менее 1,2В. Основная погрешность выходного напряжения на частоте I кГц не превышает (2+4В/U_н)%, где U_н - номинальное значение установленного напряжения. В приборе предусмотрена также ступенчатая регулировка выходного напряжения " d"при помощи аттониаторa на 60 дБ, ступенями через 20 дБ (наименьшее напряжение 2мВ)

Кроме перечисленных, в генераторе на передней панели расположены следующие органы управления:

-"Нагрузка" -переключатель, осуществляющий согласование прибора с внешними нагрузками;

-"О2" - клеммы для подключения к генератору внешних нагрузок 5, 50, 600, 5000 Ом при симметричном и несимметричном способе подключения;

ВНИМАНИЕ! На клеммах "О2 " выходное напряжение может достигать 70В и 200В (при переключении нагрузок соответственно 600 и 5000 Ом);

- ""- ручка плавной регулировки уровня выходного напряжения;

- ""- ручка плавной: расстройки частоты;

- "О0°" , " О90°"- выходные гнезда генератора с фазовым сдвигом соответственно 0° и 90° и уровнем выходного напряжения не менее 2,5 В;

- "О СИНХР"- выходное гнездо внешней синхронизации частоты;

- МУпр, ДУ - индикаторы включения режимов работы генератора при ручном и дистанционном управлении;

- "О" - выходное гнездо прямоугольного сигнала.

Особенности эксплуатации.

Во избежание перегрузки выходного усилителя генератора при работе с внешними нагрузками значение частот менее 19 Гц и более 205 кГц не устанавливать.

При необходимости работы с нагрузками, величина которых отличается от 50 Ом, следует обеспечить, чтобы ток в нагрузке не превышал 0,46 А.

Рекомендации при измерениях.

1. Для подсоединения генератора к исследуемой цепи следует "Выход" генератора соединить с исследуемой цепью. Будьте внимательны! Проводник генератора "земля" ("") необходимо соединить только с "землей" исследуемой цепи, а другой проводник выхода генератора (обычно красного цвета) соединяется с входом исследуемой схемы.

2. При необходимости иметь малые выходные напряжения (<1,25В) ручкой "Ослабление,dВ" установите одно из положений "10,20,30,40,50,60,70".

4. Осциллограф

Осциллограф предназначен для визуальных наблюдений и исследований электрических сигналов во времени. С его помощью можно производить измерения напряжений, сдвига фаз, частоты, параметров импульсов и т.д.

Осциллограф состоит из трех основных узлов: осциллографической трубки совместно со схемой её питания, а также канала вертикального отклонения Y, канала горизонтального отклонения X и канала управления яркостью Z -(см. рис.1.2).

Рис 1.2.Структурная схема осциллографа

Отклонение луча по вертикали происходит при воздействии исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Канал вертикального отклонения включает входной делитель напряжения (аттениатор), позволяющий уменьшить амплитуду исследуемого сигнала, и широкополосный усилитель Y, имеющий плавную регулировку усиления. Отклонение луча по горизонтали происходит при воздействии на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки пилообразного напряжения развертки от внутреннего генератора развертки или любого внешнего напряжения, поданного на вход X. Канал горизонтального отклонение включает усилитель X и генератор развертки. Плавная регулировка усиления ("Усиление" или "Ампл.синхр.")позволяет изменить уровень синхронизирующего напряжения. Генератор развертки имеет ступенчатую и плавную регулировки частоты. Для получения неподвижного изображения следует отрегулировать частоту развертки так, чтобы она стала равной частоте исследуемого сигнала или в n раз меньше ее (где n "1,2,3 и т.д.). Частота развертки может самопроизвольно меняться и фигура перестает быть неподвижной. Для сохранения неподвижности фигуры на генератор развертки подают синхронизирующее напряжение: используют исследуемый сигнал ("Внутр"), напряжение внешнего источника ("Внешн") или сеть ("От сети").

Ждущий режим генератора развертки применяют для наблюдения кратковременных импульсов, которые при непрерывной развертке четко не наблюдаются. Исследуемый импульсный сигнал вызывает отклонение луча по вертикали и одновременно запускает генератор развертки. Подключая период ждущей развертки, можно менять скорость движения луча по горизонтали и наблюдать импульс в разном масштабе времени.

Проведение измерений осциллографом CI-II7.

ВНИМАНИЕ! Осциллограф рассчитан минимум на 10 лет. Не переключайте, не трогайте без надобности ни одной ручки! Произведите как можно меньшее число переключения.

1. Подайте на вход канала А (Б) исследуемый сигнал.

2. Переключатель СИНХР РЕЖИМ установите в положение А (Б).

3. Переключатель РЕЖИМ РАЗВЕРТКИ установите в положение АВТ.

4. Переключатель режима синхронизации установите в положение ВНУТР.

5. Переключатель U/дел канала А(Б) и ручку "¦" установите в положение, обеспечивающее получение удобного для наблюдения размера изображения на экране ЭЛТ.

6. Ручкой УРОВ установите неподвижное изображение на экране ЭЛТ, а ручкой ВРЕМЯ/дел удобный для наблюдения период сигнала.

7. Определите визуально линейные размеры последующего сигнала и путем умножения на соответствующий коэффициент получите амплитуду сигнала.

8. Аналогично измеряются и временим интервалы.

9. При измерении временных интервалов менее 1 мкс ручку "XIO" установите в отжатое положение (коэффициент развёртки при этом уменьшается в 10 раз).

Цифровые измерения амплитуды сигнала.

1. Исследуемый сигнал подается на вход канала В.

2. Переключатель СИНХР РЕЖИМ установите в положение В.

3. Переключатель режима развертки установите в положение АВТ.

4. Переключатель режима синхронизации установите в положение ВНУТР.

5. .Ручку "TU" установите в положение "U".

6. Ручкой "¦" совместите одну из точек измеряемого по амплитуде участка сигнала с горизонтальной линией шкалы ЭЛТ.

7. Ручкой " УСТ 0 "установите нуль (с точностью единицы последнего разряда) на цифровом индикаторе.

8. Ручкой "¦"совместите вторую точку измеряемого по амплитуде участка изображения сигнала с той же горизонтальной линией шкалы ЭЛТ.

9. Прочтите на цифровом индикаторе значение измеряемого параметра амплитуды сигнала.

Рекомендации при измерениях

С помощью осциллографа можно измерять сдвиг фаз между двумя синусоидальными напряжениями U₁ и U₂. Изображение двух сигналов можно получить в двухлучевом осциллографе или поочередным подключением на вход У сигналов U₁ и U₂ в однолучевом осциллографе. Но чаще всего однолучевой осциллограф (например CI-II7) снабжается коммутатором и он поочерёдно подключает сигналы U₁ и U₂ ко входу осциллографа.

Если частота коммутации превышает частоту напряжений U₁ и U₂, то на экране видны изображения исследуемых напряжений (риc 1.3)

Рис. 1.3

Угол сдвига фаз между напряжением U₁ и U₂ вычисляется по формуле:

Отметим, что измерение угла сдвига фаз методом эллипса приводит к большой погрешности.

Приборы и принадлежности: осциллограф, кассета ФПЭ-09/ПИ, источник питания, низкочастотный генератор, авометр.

Выполнение работы

1. Ознакомьтесь со всеми приборами стенда. Запишите технические характеристики приборов.

2. Измерьте напряжение источника питания авометром, осциллографом и цифровым вольтметром.

3. Измерьте амплитуду и частоту калиброванного напряжения осциллографа, для чего с выхода калибратора подайте на вход У сигнал.

4. Включите низкочастотный генератор и подайте с выхода генератора на вход У осциллографа напряжение синусоидальной формы. Измерьте амплитуду и частсту этого сигнала с помощью осциллографа.

5. Отключить развертку осциллографа и подайте измеренный в п. 4 сигнал. Измерьте длину развертки и определите масштаб Кx, т.е. напряжение, вызывающее отклонение луча на единицу. длины L ,по формуле

6. Измерьте цифровым вольтметром и осциллографом напряжение иcточника питания ~б,ЗВ и сделайте вывод относительно действующего и амплитудного значения напряжения.

7. С выхода генератора подайте сигнал на вход кассеты ФП-09/ПИ. Получите прямоугольные импульсы и подайте их на вход осциллографа. Измерьте амплитуду импульсов, частоту, период длительности импульса. Прямоугольный импульс проще получить, присоединив кабель к выходному гнезду прямоугольного сигнала.

Размещено на Allbest.ru