- •Факультет менеджмента и инженерного бизнеса
- •Содержиние
- •Введение
- •Лабораторная работа №1. Цифровые измерительные приборы
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Основные метрологические характеристики цифровых приборов
- •1.3. Цифровые вольтметры
- •1.3.1. Цифровой вольтметр с время-импульсным преобразованием
- •1.3.2. Вольтметр поразрядного уравновешивания
- •1.3.3. Цифрового вольтметра с двойным интегрированием
- •1.4. Измерение частоты методом дискретного счета.
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2. Аналоговые измерительные приборы
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •Ферродинамического (в) и электростатического (г) им
- •1.2. Основные электромеханические электроизмерительные приборы
- •1.2.1. Основные параметры стрелочного индикатора
- •1.2.2. Расчет миллиамперметра
- •1.2.3. Расчет вольтметра постоянного тока
- •1.2.4.Расчет вольтметра переменного тока
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3.
- •Измерение сопротивления проводника
- •Пример обработки результатов косвенных измерений при определении удельного сопротивления проводника
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •Измерение диаметра проволоки.
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •3. Результаты измерения удельного сопротивления представить в виде
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4.
- •3.4. Измерение мгновенной, активной, полной и реактивной мощностей двухполюсника с помощью перемножителя и осциллографа
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5. Средства измерения использующие, нулевой метод
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Компенсационный метод измерения
- •1.3. Мостовой метод измерения параметров элементов
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.
- •А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета
- •1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром).
- •2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).
- •А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.
- •А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета
- •1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром pv1).
- •2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).
- •А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6. Измерение спектров Электрических сигналов
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения о сигналах и спектрах
- •А) спектр амплитуд, б) спектр фаз сигнала
- •1.2. Спектры основных периодических сигналов
- •2. Спектральный состав прямоугольных видеоимпульсов
- •3. Треугольный импульс (симметричный).
- •4. Треугольный импульс (пилообразный).
- •1.3. Модулированные сигналы
- •2. Методы анализа спектра сигналов
- •2.1. Анализ спектра методом фильтрации
- •2.2 Цифровой анализ спектра
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7. Автоматизированные измерения лабораторным комплексом ni elvis
- •Введение
- •Использование Виртуальных приборов измерительного комплекса ni elvis
- •Рис 1а.
- •2. Практические упражнения
- •И высоких частот (фвч) – (б)
- •5. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Удельное сопротивление веществ (при 20с)
- •Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений
- •Измерение линейных величин. Измерение линейкой
- •Штангенциркуль
- •Микрометрический винт. Микрометр
- •Приложение 4. Рекомендации при построении графиков.
1.2.2. Расчет миллиамперметра
Расчет миллиамперметра (амперметра) означает определение параметров дополнительных элементов измерительной цепи, расширяющих возможности стрелочного индикатора [1, 2]. Таким дополнительным элементом является шунт Rш (рис. 1.2, а), включаемый параллельно к индикатору.
Шунт ответвляет часть измеряемого токаI, превышающую ток предельного отклонения Iпр. Сопротивление шунта рассчитывается по заданному значению предельного измеряемого тока I на основании известных соотношений для параллельно соединенных ветвей электрической цепи:
(1.1)
(1.2)
Откуда следует:
(1.3)
где Iш− ток шунта, а коэффициент шунтирования.
1.2.3. Расчет вольтметра постоянного тока
Расчет вольтметра означает определение параметров дополнительных элементов измерительной цепи, расширяющих возможности используемого стрелочного индикатора.
Таким образом, дополнительным элементом является добавочное сопротивление Rдоб (рис. 1.3). На добавочном сопротивлении происходит падение напряжения (гашение) части измеряемого напряжения U, превышающей (предельное) падение напряжения на индикаторе Uпр при протекании через него тока предельного отклонения Iпр.
Добавочное сопротивление Rдоб рассчитывается по заданному значению предельного измеряемого напряжения на основании известного соотношения для последовательно соединенных элементов электрической цепи
(1.4)
откуда следует:
(1.5)
1.2.4.Расчет вольтметра переменного тока
Для построения вольтметра переменного напряжения в измерительную цепь кроме добавочного сопротивления Rдоб необходимо ввести еще выпрямляющий полупроводниковый диод VD (рис. 1.4). При одно-полупериодном выпрямлении постоянная составляющая Uo пульсирующего напряжения определяется по формуле, приведенной в работе [3, с.557]:
(1.6)
где Um, Uэф.− амплитудное и эффективное значения измеряемого напряжения.
Временная диаграмма выпрямленного напряжения без учета падения напряжения на полупроводниковом диоде при положительном полупериоде переменного напряжения представлена на рис. 1.5 а, б.
u
~(t)
Рис. 1.5 Рис.
1.4 Um Um Um VD uвыпр(t),U0 0 0 t ωt t ωt Um U0 Um/π T 2π T 2π а б Сбар PU2 Uд Uдоб Uпр V V PU1 Rдоб Rпр U~ Iпр U0
Величина добавочного сопротивления рассчитывается по формуле, аналогичной соотношению (1.5):
(1.7)
где Uэф − эффективная величина предельного значения измеряемого напряжения U~ (указывается в соответствующем варианте задания и контролируется авометром или собственным индикатором генератора переменного напряжения).
2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
Все схемы собираются на наборном поле стенде моноблока «Электрические цепи и основы электроники».
Задание 1. Определить параметры магнитоэлектрического измерительного механизма вольтметра постоянного тока PV1: ток полного отклонения Iпр, внутреннее сопротивление (Rвн) вольтметра постоянного тока PV1 и сопротивление измерительного механизма Rим
1. Для определения параметров магнитоэлектрического измерительного механизма необходимо собрать схему, показанную на рис.2.1.
Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения Е1=15В, ток через измерительный механизм измерять с помощью цифрового мультиметра РАо в режиме измерения постоянного тока, а о напряжении на измерительном механизме судить по показаниям вольтметра РV1.
Рис.2.1.
2. Нарисовать схему в отчет и включить питание.
3. Для измерения тока полного отклонения необходимо потенциометрами R2 и R3 увеличить ток до полного отклонения стрелки. Измерить ток полного отклонения мультиметром и записать в отчет Iпр=_____.
4. Измерить внутреннее сопротивление вольтметра RВН=Rим+Rдоб (сопротивление рамки измерительного механизма Rим и добавочного сопротивления Rдоб =15 кОм).
Измерение внутреннее сопротивление вольтметра проводится косвенным методом, зная ток и напряжение на вольтметре и используя формулу:
,
где Uизм – падение напряжения на вольтметре РV1. За него принять показание вольтметра РV1.
Результаты измерений занести в табл.2.1.
Повторить измерения Rвн для тока через измерительный механизм равный и результаты записать в табл.2.1.
Таблица 2.1
|
|
Uизм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iпр= |
Uпр= |
= |
По результатам двух измерений определить усредненное значение внутреннего сопротивления рамки измерительного механизма. В нижней строке табл.2.1. записать основные параметры исследуемого вольтметра
5. Рассчитать сопротивление измерительного механизма Rим
Rим= RВН -Rдоб,
где Rдоб =15 кОм..
Задание 2. Произвести градуировку шкалы миллиамперметра на основе вольтметра постоянного тока PV1 , т.е. получить зависимость вида
,
где α – показание шкалы прибора, I – ток через прибор.
Собрать схему, показанную на рис.2.1.
Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения Е1=15В, ток через измерительный механизм измерять с помощью цифрового мультиметра РАо в режиме измерения постоянного тока.
Нарисовать схему в отчет и включить питание.
Для снятия характеристики необходимо потенциометрамиR2 и R3 установить ток полного отклонения (показание шкалы α = 15), а далее резистором R3 уменьшать ток через одно деление, измеряя при этом фактический ток I с помощью цифрового мультиметра РАо. Заполнить табл. 2.2.
Таблица 2.2
α шкалы |
15 |
… |
… |
… |
… |
0 |
I, мА |
|
|
|
|
|
|
Построить график градуировочной характеристики миллиампеметра по данным табл.2.2 (см. рис.2.2.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.
Вывод. С помощью вольтметра PV1, на основе магнитоэлектрического измерительного механизма, можно измерять не только напряжение, но и ток в цепи.
Задание 3. Расширить пределы измерения тока амперметра на основе вольтметра PV1 в заданное число раз (по указанию преподавателя), например, в 20 раз.
1. Рассчитать сопротивление шунта, необходимое для расширения предела величину измерения тока микроамперметром в 21 раз по формуле
(2.1)
где Iш− ток шунта, а коэффициент шунтирования.
В качестве шунта использовать переменный резистор R=1,5кОм, имеющийся в комплекте стенда. Для этого установить величину сопротивления равную рассчитанной по формуле (2.1), контролируя ее цифровым мультиметром в режиме измерения сопротивления.
Рис.2.3.
2. Произвести градуировку шкалы амперметра на основе PV1 , где α – показание шкалы прибораPV1, I – ток через прибор.
1. Собрать схему, показанную на рис.2.3.
Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения Е1=15В. Ток через амперметр, с расширенным пределом измерения, измерять с помощью цифрового мультиметра РАо в режиме измерения постоянного тока, Rш – переменный резистор с сопротивлением, рассчитанным по формуле (2.1).
2. Нарисовать схему в отчет и включить питание.
3. Для снятия характеристики необходимо потенциометрамиR2 и R3 установить ток полного отклонения (α=15), а далее резистором R3 уменьшать ток через одно деление шкалы амперметра на основе PV1, измеряя величину тока I с помощью цифрового мультиметра РАо. Заполнить табл. 2.3.
Таблица 2.3.
α шкалы |
15 |
… |
… |
… |
… |
0 |
I, мА |
|
|
|
|
|
|
4. Построить график градуировочной характеристики ампеметра с шунтом по данным таблицы (см. рис.2.2.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.
Задание № 4. Произвести градуировку шкалы вольтметра постоянного напряжения PV1.
1. Рассчитать величину добавочного сопротивления, для вольтметра с пределом измерения 15 В на основе измерительного механизма с током полного отклонения Iпр =1мА, и внутреннем сопротивлением Rвн= 15кОм, по формуле:
где Rвн= Rпр= 15кОм.
Собрать электрическую схему градуировки вольтметра (см. рис.2.4), где PV1− стрелочный индикатор, PVо2 − цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, Rдоб.− резистор с установленным значением добавочного сопротивления, в соответствии с теоретическим расчетом.
2. Нарисовать схему в отчет и включить питание.
Рис.2.4.
3. Произвести градуировку вольтметра, т.е. получить зависимость вид
Для этого с помощью переменного резистора установить напряжение полного отклонения (α=15), а далее резистором R2 уменьшать напряжение через одно деление шкалы вольтметра, измеряя величину напряжения U с помощью цифрового мультиметра РVо.
Результаты измерений занести табл. 2.4.
Таблица 2.4.
α шкалы |
15 |
… |
… |
… |
… |
0 |
U, В |
|
|
|
|
|
|
4. Построить график градуировочной характеристики вольтметра по данным таблицы (см. рис.2.4.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.
Задание 5. Расширить пределы измерения вольтметра постоянного напряжения PV1 в заданное число раз (по указанию преподавателя), например, в 2 раза.
1. Рассчитать величину добавочного сопротивления, для измерения напряжения с пределом измерения 30 В на основе измерительного механизма с током полного отклонения Iпр =1мА, и внутреннем сопротивлением Rвн= 15кОм, по формуле:
,
где Rвн=Rпр= 15кОм.
В качестве добавочного сопротивления Rдоб использовать постоянный резистор R3=10 кОм и переменный резистор R4=10кОм включенные последовательно из комплекта стенда. Величину необходимого сопротивление установить путем регулировки R3, контролируя ее мультиметром в режиме измерения сопротивления.
2. Собрать электрическую схему градуировки вольтметра (см. рис.2.5), где PV1− стрелочный индикатор, PVо− цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, Rдоб.=R3+R4− добавочный резистор с заранее установленным значением добавочного сопротивления в соответствии с теоретическим расчетом.
3. Нарисовать схему в отчет и включить питание.
Произвести градуировку вольтметра, т.е. получить зависимость вид
Для этого с помощью переменного резистора установить максимальное значение шкалы индикатора α=15 а далее резистором R2 уменьшать напряжение через одно деление шкалы вольтметра, измеряя величину напряжения U с помощью цифрового мультиметра РVо .
Рис.2.5.
Результаты измерений занести в табл. 2.5.
Таблица 2.5.
α шкалы |
15 |
… |
… |
… |
… |
0 |
U, В |
|
|
|
|
|
|
4. Построить график градуировочной характеристики вольтметра по данным таблицы (см. рис.2.5.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.