ТЕК_Лабораторна робота 1

1

Лабораторна робота №1

ВИВЧЕННЯ РОБОТИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ

Мета роботи – ознайомитись з роботою і основними характеристиками вимірювальних приладів для експериментального вивчення електричних процесів і вимірювання їх параметрів.

Теоретичні відомості

Експериментальне вивчення (дослідження) процесів у електричних колах

здійснюється за допомогою різноманітних вимірювальних приладів.

Кожний вимірювальний прилад оснащується паспортом і технічним описом,

призначеними для ознайомлення з принципом дії, характеристиками і порядком роботи з приладом.

Лабораторні роботи з курсу ТЕК виконуються за допомогою спеціального лабораторного вимірювального стенда, що являє собою єдину конструкцію (Рис. 1), лицьовий бік якої утворюється двома панелями: вертикальною (приладною), на яку

виведені органи керування і індикації вимірювальних приладів, вмонтованих у стенді, і горизонтальною, що містить гнізда, до яких приєднані електричні елементи, які використовуються для створення різноманітних електричних кіл.

Рис. 1. Лабораторний стенд:

Г1, Г2, Г3 – генератор, БО – блок осцилографа, V2, V3/ – вольтметри,

БЖ – блок живлення, ЕК – електронний комутатор, БПЧ – блок помножувача частоти, АС – аналізатор спектра, К – калькулятор, ПАЕ – панель активних елементів, ППЕ – панель пасивних елементів

Панель приладу розбита на плати для полегшення територіального розділення

органів керування та індикації різних вимірювальних приладів. Для виконання

2

лабораторних робіт можуть також використовуватися промислові вимірювальні прилади,

якщо точність приладів, що є в стенді, недостатня. Далі наведені основні відомості про

прилади, які використовуються для дослідження процесів у електричних колах.

Генератор. Генератор є вимірювальним приладом, призначеним для вироблення електричних коливань. Однією з форм коливань є синусоїдальна напруга, математична модель якої має вигляд

u t Um sin 2 f0t 0 ,

де Um , f0 , 0 – відповідно амплітуда, лінійна частота і початкова фаза процесу u t .

В техніці також широко використовується похідний параметр синусоїдального

процесу – ефективне (діюче) значення U , який пов’язаний з амплітудою процесу співвідношенням:

U Um 0,707Um .

2

Генератор є джерелом електричної енергії, за рахунок якої відбувається протікання процесів у досліджуваних електричних колах. Кожний генератор має два

полюси у вигляді пари затискачів, гнізд або іншого пристрою, що утворює вихід генератора, до яких мають підключатися досліджувані кола.

Для встановлення потрібних значень параметрів напруги U та частоти f0 у

генераторі передбачені органи керування його роботою – органи ступеневого (грубого) і плавного (точного) регулювання напруги і органи ступеневого і плавного регулювання

частоти. Параметром 0 в техніці практично не цікавляться, оскільки його значення пов’язане з деяким початковим моментом часу, який на практиці є довільним. Генератор забезпечується також відліковими пристроями, які вказують встановлені значення рівня і частоти синусоїдального процесу на виході генератора. При цьому рівень процесу відображається у діючих значеннях, а частота – в герцах.

В лабораторному стенді органи керування генератором і індикації розташовані на трьох платах: Г1, Г2, ГЗ у лівому верхньому куті вертикальної панелі. На середній платі Г2 знаходиться перемикач роду робіт. Режим генерування синусоїдальних коливань встановлюється при крайньому проти годинникової стрілки положенні перемикача,

позначеному символом . На крайній лівій платі Г1 розташовані регулятори ступеневого і плавного регулювання частоти коливань і стрілочний індикатор встановлюваних значень частоти. На крайній правій платі ГЗ розташовані гнізда, що

утворюють вихід генератора, стрілочний індикатор рівня вихідної напруги V1, ступеневий

і плавний регулятори напруги на виході генератора.

Частотомір. Частотомір призначено для вимірювання значень частоти синусоїдальних (у загальному випадку – періодичних) процесів, підведених до входу частотоміра (а також може виконувати деякі інші функції). В лабораторному стенді

частотомір входить до складу генератора. До основних органів керування частотоміром, що розташовуються на платі Г1, відносяться перемикач роду робіт «0,2-2 кГц», «2-20 кГц», «20-200 кГц» і регулятор плавної зміни частоти. Індикація значень вимірюваної частоти в герцах здійснюється за допомогою стрілочного відлікового пристрою.

3

Вольтметр змінного струму. Вольтметр змінного струму призначений для

вимірювання рівня електричних процесів, що спостерігаються у формі електричної

напруги на виході генератора або на елементах (ділянках) досліджуваного електричного

кола. Для підключення до досліджуваного кола вольтметр забезпечено двома полюсами у вигляді пари затискачів, гнізд або іншого пристрою, що утворює вхід вольтметра. Вольтметр має один основний орган керування – перемикач меж вимірювань, положення якого визначають максимальне для даної межі значення вимірюваної напруги. Для індикації вимірювальної напруги служить відліковий пристрій у формі стрілочного або

цифрового індикатора.

У лабораторному стенді змонтовано два вольтметри: основний V2, і додатковий

V3, стрілочні індикатори яких разом з органами керування розташовані в правому

верхньому куті приладної панелі стенда. У вольтметра V2 відсутній перемикач меж вимірювання. Межі перемикаються автоматично, причому значення максимальної напруги, що відповідає повному відхиленню стрілки індикатора, висвітлюються світловими індикаторами, розташованими під стрілочним індикатором. На платі V2 розташовані також гнізда, що утворюють вхід вольтметра.

На платі V3 розташовані стрілочний індикатор вольтметра V3, перемикач роду робіт " 0 –V3", перемикач меж вимірювань "1В–10В" і гнізда, що утворюють вхід вольтметра. Для введення в дію вольтметра V3 необхідно перемикач роду робіт встановити в положення "V3".

Фазометр. Фазометр призначено для вимірювання різниці фаз двох

синусоїдальних процесів. Фазометр має два входи для подавання синусоїдальних процесів, що аналізуються. У лабораторному стенді фазометр розташовано на платі вольтметра V3 і використовує той самий стрілочний індикатор, що і вольтметр V3. Фазометр вводиться в дію встановленням перемикача роду робіт на платі V3 в

положення „ 0 “. При цьому відлік різниці фаз на індикаторі вказується у градусах (о).

Електронний осцилограф. Електронний осцилограф є вимірювальним приладом, призначеним для спостереження форми досліджуваних процесів, що підводяться до входу осцилографа. Роботу осцилографа побудовано на застосуванні електроннопроменевої трубки (ЕПТ), у горловині якої розташовані під кутом 90° дві пари пластин: одна пара пластин призначена для відхилення променя в горизонтальному напрямі (уздовж екрана) і називається горизонтально-відхиляючими, або X-пластинами; друга пара проводить відхилення променя у вертикальному (поперек екрана) напрямі і називається вертикально-відхиляючими, або Y-пластинами.

В лабораторному стенді органи керування осцилографом розміщені на двох платах, розташованих одна під одною у центрі приладної панелі. На верхній платі (БО) розташовані ЕПТ і органи фокусування ("Фокус") і зміщення променя на екрані у

вертикальному « » і горизонтальному « » напрямах.

На нижній платі (ЕК) розташовані органи керування переміщенням променя ЕПТ у

вертикальному і горизонтальному напрямах. Для керування переміщенням променя в

горизонтальному напрямі служать регулятори "Усиление" і "Развертка". За допомогою першого регулятора встановлюється потрібний розмір зображення в горизонтальному напрямі, а за допомогою другого – потрібна швидкість переміщення променя (швидкість

горизонтальної розгортки). Крім того, передбачений перемикач виду розгортки з

4

положенням "Внутр." і "Внеш.". У першому положенні напруга розгортки подається на X-

пластини ЕПТ від генератора розгортки, який знаходиться всередині стенда. В другому

положенні напруга розгортки може бути подана на X-пластини від зовнішнього джерела,

для чого служить гніздо "Вход X".

Для керування переміщенням променя у вертикальному напрямі в осцилографі передбачені два підсилювача вертикального відхилення, що мають вхідні гнізда "Вход 1" і "Вход 2", ступеневі регулятори чутливості з положеннями "1:1" та "1:10" і плавні регулятори підсилення. Крім того, в підсилювачі 1 є перемикач "Внешн.–Внутр.", за

допомогою якого в положенні "Внутр." до входу підсилювача підводиться напруга з

виходу генератора, що знаходиться в стенді. За допомогою перемикача "Каналы" в

крайніх його положеннях до Y-пластин ЕПТ може бути підключений або вихід

підсилювача 1 (канал 1), або вихід підсилювача 2 (канал 2). У середньому положенні перемикача виходи підсилювачів 1 і 2 підключаються до входів комутатора (автоматичного електронного перемикача), вихід якого з'єднується з Y-пластинами осцилографа. Комутатор керується генератором розгортки так, що протягом одного періоду розгортки до Y-пластин підключається вихід підсилювача 1, а протягом

наступного періоду – вихід підсилювача 2. Оскільки за час до одного періоду розгортки зображення на екрані осцилографа не встигає згаснути завдяки післясвітінню люмінофора, то в результаті почергового підключення до Y-пластин виходів двох підсилювачів вертикального відхилення променя на екрані осцилографа одночасно спостерігатимуться два процеси, подані до входів підсилювачів, тобто осцилограф у середньому положенні перемикача "Каналы" є двоканальним. Для встановлення потрібного взаємного положення по вертикалі процесів на екрані осцилографа служить регулятор "Расхождение".

Вимірювальні прилади підключаються до зовнішніх кіл за допомогою провідників. Необхідно приймати до уваги, що в кожному приладі один із полюсів з'єднаний всередині з корпусом приладу і є корпусним або спільним, інший полюс є інформаційним (сигнальним). Корпусні полюси приладів, що використовуються для дослідження якихнебудь електричних кіл, повинні бути завжди з’єднані разом із загальним дротом досліджуваного кола.

Примітка: в даному лабораторному стенді корпусні полюси усіх вимірювальних приладів з’єднані між собою всередині стенда.

Порядок виконання роботи

1.Дайте відповіді на контрольні запитання.

2.Уважно проведіть зовнішній огляд лабораторного стенда. Встановіть, за допомогою яких вимикачів на платі, розташованій у лівому нижньому куті приладної панелі, здійснюється увімкнення стенда і окремих вимірювальних приладів.

3.Визначте основні органи керування приладів, їх призначення і місце знаходження.

4.Встановіть для кожного вимірювального приладу діапазони встановлення і

вимірювання параметрів електричних процесів.

5.Вивчіть дію органів керування й індикації.

6.За допомогою вимикачів, розташованих на платі в лівому нижньому куті приладної панелі, включіть лабораторний стенд, генератор, осцилограф і вольтметри V2 і V3.

5

Встановіть частоту на виході генератора 1 кГц. Перемикач роду розгортки осцилографа

встановіть у положення "Внутр". Перемикачі чутливості каналів вертикального

відхилення променя встановіть у положення "1:1". Перемикач "Каналы" встановіть в

положення 1 (ліве), перемикач 1-го каналу – в положення "Внеш.". У цьому випадку до Y- пластин ЕПТ буде підключений підсилювач вертикального відхилення променя (канал 1). Після прогрівання ЕПТ, коли на екрані з'явиться світла горизонтальна лінія нуля, регулятором "Фокус" досягніть найчіткішого зображення ліній, а регулятором « » встановіть лінію нуля на середину масштабної сітки. Регуляторами « » і «Усил. Х»

розмістіть лінію нуля в крайніх горизонтальних межах масштабної сітки. Встановіть ціну

поділки масштабної сітки по вертикалі 0,2 В. Для встановлення ціни поділки

(калібрування підсилення) натисніть кнопку "Тарир." каналу 1. При цьому на екрані ЕПТ

з'явиться зображення періодичного калібрувального процесу, за формою близького до прямокутного (меандр). Регулятором "Тарир. напр." при натиснутій кнопці “Тарир.” встановіть за індикатором V1 на платі ГЗ генератора напругу 2 B (перемикач чутливості V1 повинен бути в положенні "10 В"). Не відпускаючи кнопки "Тарир.'', регулятором "Усиление" каналу 1 встановіть розмах калібрувального процесу в крайніх межах

вертикального розміру масштабної сітки. При цьому ціна поділки масштабної сітки по вертикалі стане рівною 0,2 В, оскільки розмах калібрувального процесу 2 В припадає на 10 поділок масштабної сітки. Після калібрування каналу можна вимірювати напругу на його вході як добуток числа поділок по вертикалі на ціну поділки. Зокрема промінь буде відхилятися по вертикалі вгору і донизу від нульової лінії до границь вертикального розміру масштабної сітки за напруги на вході першого каналу 1 В.

Після проведення калібрування каналу 1 положення регулятора "Усил." Каналу 1 повинно залишатися незмінним. У протилежному випадку калібрування необхідно повторити.

Переведіть перемикач "Каналы" в положення 2 (праве) і аналогічним чином проведіть калібрування каналу 2.

Переведіть перемикач "Каналы" в положення 1 і подайте на вхід каналу 1

осцилографа напругу з виходу генератора за допомогою провідника. Перемикач роду

роботи на платі Г2 генератора встановіть у крайнє ліве положення «» Спостерігайте

синусоїдальний процес з виходу генератора на екрані осцилографа. За допомогою

регулятора "Рег. напряж." на платі Г3 встановіть амплітуду процесу на екрані осцилографа 3 поділки. Спостерігайте зображення процесу при зміні частоти за

допомогою регулятора "Частота плавно" на платі Г1 генератора. Встановіть на екрані два періоди процесу. Змінюйте швидкість розгортки допомогою регулятора "Развертка" і спостерігайте зображення процесу на екрані.

Переведіть перемикач розгортки каналу 1 в положення «Внутр.», а перемикач чутливості цього каналу – в положення "1:10". Перемикач "Каналы" встановіть у середнє положення. Подайте напругу з виходу генератора на вхід каналу 2 осцилографа за допомогою провідника і спостерігайте на екрані зображення двох синусоїдальних процесів. За допомогою регулятора "Рег. напряж." на платі ГЗ встановіть амплітуду процесу в каналі 2 меншою, ніж у каналі 1. Регулюючи регулятор "Расхождение"

спостерігайте зміну взаємного розташування зображень процесів на екрані осцилографа.

6

7. Виміряйте рівень напруги на виході генератора за допомогою вольтметрів V1, V2, V3 і

осцилографа. Для цього переведіть перемикач "Каналы" в положення 1, перемикач

каналу 1 – у положення "Внешн.", перемикач чутливості каналу 1 – в положення "1:1",

після чого перевірте за допомогою калібрування, що ціна поділки масштабної сітки по вертикалі складає 0,2 В. Підключіть до виходу генератора входи вольтметрів V2 і V3 та каналу 1 осцилографа, для чого використовуйте об'єднані в групу гнізда на горизонтальній панелі стенда. За допомогою регулятора рівня напруги генератора на платі ГЗ встановіть розмах зображення процесу на екрані ЕПТ у межах масштабної сітки

(10 поділок) – дослід 1. За осцилографом і вольтметрами V1, V2, V3 визначить рівень

напруги на виході генератора. Результати занесіть до табл. 1. Зменшіть рівень напруги

приблизно в 2 рази – дослід 2. Зніміть покази рівня напруги за екраном осцилографа й

індикаторами вольтметрів V1, V2, V3.

2U2, В

8.Проаналізуйте результати лабораторних досліджень та зробіть висновки за роботою.

Зміст звіту (звіт заповнюється вручну)

1.Назва та мета роботи.

2.Схема лабораторного стенду (рис. 1).

3.Короткі теоретичні відомості.

4.Заповнена таблиця 1.

5.Висновки по роботі.

Контрольні запитання

1.Які вимірювальні прилади найширше вживаються для дослідження процесів у колах електричного струму і яке їх призначення?

2.Яким чином вимірювальні прилади підключаються до кіл, що досліджуються?

3.Які органи керування мають вимірювальні прилади, описані в теоретичних відомостях

до роботи, і яке їх призначення?

4.Яким чином у вимірювальних приладах фіксуються встановлені або вимірювані значення параметрів електричних процесів?

5.Як співвідносяться виміряне вольтметром змінного струму значення рівня синусоїдального процесу з його амплітудою?

6.Чи повинна змінюватись амплітуда синусоїдального процесу на виході генератора за зміни частоти?

Література

1.Добротворский И.Н. Теория электрических цепей. Лабораторный практикум. – М.: Радио и связь, 1990. – 216 с.

2.Теорія електричних кіл (частина 1). Конспект лекцій / Укл. М.В. Родіонова. - К.: НТУУ

«КПІ», 2010. – 110 с.