3571

31

частоты f входных сигналов для f 0,2;0,4;0,6;0,8;1,0 f0 . Построить график относительной погрешности в динамическом режиме. Построить график ФЧХ исследуемого средства. Качественно сравнить графики и сделать вывод о влиянии ФЧХ на исследуемую погрешность.

3.4. Определить зависимость погрешности передачи амплитуды сигнала для исследуемого в п. 3.1 средства измерений от частоты f входных сигналов для f 0,2;0,4;0,6;0,8;1,0 f0 . Построить график относительной погрешности. Построить график АЧХ исследуемого средства. Качественно сравнить графики и сделать вывод о влиянии АЧХ на исследуемую погрешность.

Методические указания Общие сведения. Динамический режим средств измерений (СИ) – это

режим, при котором выходной сигнал (СИ) изменяется во времени. В настоящей работе исследуется динамический режим СИ, представляющих по своим характеристикам динамическое звено 2-го порядка. Такие средства весьма распространены в измерительной технике. В качестве объектов исследования используются фильтры нижних частот (ФНЧ) 2-го порядка, отличающиеся частотой собственных колебаний и коэффициентом демпфирования.

На рис. 6.1 представлена структурная схема лабораторной установки, включающей лабораторный стенд с измерительными приборами, сменный модуль № 6 (на рисунке выделен пунктиром) и электронный осциллограф ЭО. В состав установки входят: ГС – генератор сигналов, ЦВ1, ЦВ2 – цифровые вольтметры, ЭСЧ – электронно–счетный частотомер, ФНЧ – исследуемый фильтр нижних частот, УВХ1, УВХ2 – устройства выборки и хранения, БУВ – блок управления выборкой.

На вход исследуемого ФНЧ подаются сигналы с ГС; эти же сигналы подаются на один вход (y1) осциллографа и на ЦВ1 с помощью устройства выборки и хранения УВХ1. Выходной сигнал ФНЧ подан на второй вход (у2) осциллографа и на ЦВ2 через УВХ2. Блок управления выборкой БУВ вырабатывает импульсы управления для УВХ, причем моменты времени появления этих импульсов от начальной фазы входных сигналов можно изменять (грубая и плавная регулировка). БУВ вырабатывает также импульсы управления лучом электронного осциллографа по каналу Z для визуального наблюдения моментов времени измерения входных и выходных напряжений

32

ФНЧ. ЭСЧ предназначен для точного измерения интервалов времени, устанавливаемых в БУВ.

Для экспериментального исследования используются наиболее типичные и достаточно простые входные сигналы. В качестве таких сигналов обычно применяются сигналы в виде: «единичного скачка» – для изучения переходного динамического режима, и синусоиды – для установившегося динамического режима.

Определение времени установления. Временем установления выходного сигнала средств измерений называют промежуток времени от момента скачкообразного измерения входного сигнала до момента, когда выходной сигнал не отклоняется от установившегося значения на некоторую, наперед заданную величину U [1, с. 88].

ЭО

БУВ

ЭСЧ

Синхр. Выборка

Рис. 6.1

Перед определением времени установления необходима предварительная настройка установки. Генератор сигналов (Г) устанавливают в режим генерации прямоугольных импульсов с амплитудой не больше 5 В. Коэффициенты отклонения обоих каналов осциллографа (ЭО) устанавливают одинаковыми (поскольку номинальный коэффициент передачи любого из исследуемых фильтров равен 1) и такими, чтобы размер изображения амплитуды входного сигнала составлял около половины высоты рабочего поля экрана.

33

Для каждого ФНЧ подбирается такая частота прямоугольных импульсов, при которой переходный процесс выходного сигнала заканчивался бы за половину периода входных импульсов.

После настройки генератора приступают к определению

помощью БРЗ плавно перемещают метку на экране ЭО от конца переходного процесса к его началу до тех пор, пока разность показаний ЦВ1 и ЦВ2 не достигнет заданного уровня U . Значение t y определяют по показаниям электронно-счетного частотомера (ЭСЧ), включенного в режим измерения интервалов времени.

В таблицы протокола испытаний записываются результаты экспериментов, значения частот входного сигнала, коэффициенты отклонения развертки осциллографа.

Определение погрешностей в динамическом режиме при входном сигнале в виде единичного скачка (переходный динамический режим). При выполнении этого пункта необходимо устанавливать подобранные в предыдущих экспериментах значения частот, коэффициентов отклонения и развертки отдельно для каждого объекта испытаний. Погрешности находятся в момент времени t j j10 t y , где j . В эти моменты времени,

устанавливаемые с помощью БРЗ по показаниям ЭСЧ, измеряют входные U ВХ (ti ) и выходные U ВЫХ (ti ) напряжения объекта испытаний.

В таблицы протокола заносят результаты испытаний по каждому объекту. По ним строятся (на одном графике) кривые относительных погрешностей

(установившийся динамический режим). Предварительная настройка установки заключается в подборе коэффициентов отклонения и развертки ЭО для заданных частот генератора и объектов, которые обеспечили бы изображение амплитуд в пределах рабочей части экрана и развертку 1,5–2 периодов входного сигнала.

Погрешность по п. 3.1 определяют в 8-10 точках, равномерно распределенных на интервале времени, включающем в себя два соседних момента времени, в которых отличия значений входного и выходного сигналов СИ минимальны. Определение интервала исследования и последующую установку каждой точки, соответствующей моменту измерения, производят с

34

помощью БРЗ и ЭСЧ. При определении интервала следует плавно перемещать с помощью БРЗ маркер на экране ЭО от начала развертки изображения до того момента, при котором показания вольтметров ЦВ1 и ЦВ2 максимально близки. Найденный момент соответствует началу интервала. Значения его координаты определяют по показаниям ЭСЧ. Конец интервала измерения определяют аналогично при дальнейшем передвижении маркера. По координатам начала и конца интервала определяют (расчетным путем) координаты выбранных точек измерения погрешностей внутри интервала. Найденные координаты устанавливают с помощью БРЗ по показаниям ЭСЧ. Результаты экспериментов заносят в таблицу протокола.

Введение эквивалентного запаздывания (п. 3.2) должно привести к минимизации погрешности преобразования СИ. При моногармоническом входном сигнале это достигается исключением из рассмотрения временной задержки выходного сигнала.

При выполнении п. 3.3 следует иметь в виду, что погрешность повторяет характер синусоидального сигнала. Поэтому определение значения максимальной погрешности для каждой частоты входного сигнала достаточно производить в одной точке между смежными моментами с нулевыми погрешностями.

Пункт 3.4 выполняется аналогично предыдущему, но варьируемым параметром здесь является не частота, а коэффициент демпфирования.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1.Краткое задание.

2.Спецификацию примерных средств измерений.

3.Схемы включения средств измерений и объектов.

4.Примеры расчетов.

5.Результаты измерений.

6.Выводы по полученным результатам.

Контрольные вопросы

1.Поясните состав дифференциального уравнения для СИ в динамическом режиме.

2.Поясните вид переходных и импульсных переходных характеристик.

35

3.Как определить погрешность СИ в динамическом режиме?

4.Как определить время установления?

5.Как определить частотные характеристики СИ?

6.Как определить передаточную функцию СИ?

7.Что входит в понятие полных динамических характеристик СИ?

8.Что входит в понятие частных динамических характеристик СИ?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст] : учеб. / Б. Я. Авдеев [и др.] ; под ред. В. В. Алексеева. – М. : Академия, 2007. – 384 с.

Дополнительная литература

2.Димов, Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст] : учеб. / Ю. В. Димов. – 3-е изд. – М. [и др.] : Питер, 2010. – 464 с.

3.Клаассен, К. Б. Основы измерений. Электрические методы и приборы

визмерительной технике [Текст] : учеб. пособие / К. Б. Клаассен. – М. : Постмаркет, 2000. – 352 с.

4. Раннев, Г. Г. Методы и средства измерений [Текст] : учеб. / Г .Г. Раннев, А. П. Тарасенко. – 2-е изд. – М. : Академия, 2004. – 336 с.

Поляков Сергей Иванович

МЕТРОЛОГИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ Метрология и измерительная техника

Методические указания к лабораторным работам для студентов специальностей

220301 – Автоматизация технологических процессов и производств (лесной комплекс), 230200 – Информационные системы

Редактор Е.А. Попова Подписано в печать 23.12.2011. Формат 60х90 /16. Объем 2,25 п. л.

Усл. печ. л. 2,25. Уч.-изд. л. 2,33. Тираж 75 экз. Заказ ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»

394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10