Скачать 226.22 Kb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ВВЕДЕНИЕ Для измерения параметров электрических цепей (или комплексных сопротивлений) на различных частотах предназначены приборы, которые упрощенно называют измерителями RLC (в соответствии с одной из отраслевых классификаций этим приборам присваивается обозначение Е7-хх). Иногда такие приборы называют измерителями импеданса (комплексного сопротивления) или измерителями иммитанса (комплексной проводимости). В большинстве случаев эти названия не раскрывают сущность методов измерения, положенных в их основу. Среди основных методов измерения параметров электрических цепей можно назвать мостовые методы и метод, связанный с использованием соотношений закона Ома на переменном токе. Реализация цифровых приборов для измерения параметров электрических цепей на основе мостовых методов сопровождается заметным усложнением их схемотехники и автоматизации процессов уравновешивания. Приборы, в основу которых положено использование соотношений закона Ома, проще с точки зрения схемотехнической реализации и автоматизированного получения результата измерения. Принцип измерения таких измерителей импеданса (иммитанса) основан на анализе прохождения тестового сигнала с заданной частотой через измеряемую цепь, обладающую комплексным сопротивлением. Напряжение рабочей частоты с внутреннего генератора подается на измеряемый объект. На выделенном участке цепи измеряется напряжение, ток и фазовый сдвиг между ними. Измеренные величины используются для расчета параметров цепей. Целью настоящей работы является привитие навыков применения измерителей RLC при измерении параметров электрических цепей, а также расчета погрешностей проводимых измерений. 1. СОСТАВ СТЕНДА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ На рис.1 приведен эскиз монтажной доски стенда с расположенными на ней используемыми прибором и объектами измерения. В лабораторной работе используется универсальный цифровой измеритель RLC типа Е7-22. Входные зажимы измерителя подключены к клеммам, расположенным ниже измерителя. В качестве объектов измерения используются радио и электротехнические элементы: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Для удобства проведения измерений элементы сгруппированы (см. рис. 1 – “RХ”, “CХ”, “LХ”, “Rном” ,“Cном”), а выбор одного элемента из группы осуществляется переключателями. Первые три группы содержат элементы с разными значениями измеряемых величин. Две последние группы элементов (резисторов и конденсаторов - “Rном” “Cном”) образованы элементами одного типа с одинаковыми номинальными значениями сопротивлений и емкостей. Возможность измерения взаимной индуктивности обеспечивается размещением на стенде двух пар индуктивно связанных катушек индуктивности (“М12” и “М34”). Каждый из переключателей имеет два положения, одно из которых обеспечивает режим короткого замыкания входной цепи измерителя (вместе с кабелем) – “КЗ”, второе – режим разрыва этой же цепи – “XX”. 2. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ RLC Е7-22 2.1. Структурная схема и принцип действия прибора На рис.2 приведена структурная схема, поясняющая принцип действия измерителя. Измеряемое сопротивление ZX, подключаемое к внешним зажимам измерителя, так что вместе с генератором тест-сигнала GS и известным активным сопротивлением RО образуется последовательная цепь. Напряжения UZx и URo усиливаются усилителями А1 и А2 с изменяемыми коэффициентами усиления для обеспечения нескольких пределов измерителя. Выходные напряжения усилителей преобразуются в код аналого-цифровыми преобразовате- лями (АЦП1 и АЦП2). Одновременно цифровым фазометром (ЦФ) измеряется фазовый сдвиг. Результаты измерений обрабатываются микроконтроллером. Управление работой измерителя осуществляется через клавиатуру прибора. ЦФ Рис.2. Структурная схема, поясняющая принцип действия измерителя 2.2. Основные соотношения для цепей переменного тока Как известно, отношение UZx / IZx определяет полное комплексное сопротивление (импеданс) цепи, представленное последовательным соединением активного сопротивления RS и реактивного сопротивления j XS (см.рис. 3а), т.е. ZX = UZx / IZx = RS j XS. Графическое представление полного сопротивления дано на рис. 3б. Как видно из рис.3б, полное сопротивление ZX состоит из двух компонентов. Один - это активное сопротивление RS , второй - реактивное сопротивление XS, причем при индуктивном характере цепи реактивное сопротивление равно + j XS, а при емкостном – jXS. Модуль к омплексного сопротивления ZХ и его составляющие определяются следующими соотношениями ZХ = UZx / I Zx , RS = ZХ Cos , XS = ZХ Sin (1) . Фазовый угол отставания тока от напряжения соответствует индуктивному характеру сопротивления цепи, а опережение тока – емкостному. При последовательном соединении активного и индуктивного сопротивлений (см. рис. 3в) или активного и емкостного сопротивлений (см. рис.3г) имеем LS = XS / = XS / 2f , СS = 1 / XS , tg = Q = XS / RS = LS/ RS = = 1/ СS RS , (2) tg = D = RS / XS = RS / LS = = СS RS. Параметры Q и D принято называть соответственно добротностью и тангенсом угла потерь и позволяют косвенно судить об активных потерях в цепи. Рис.3. К определению комплексного сопротивления (импеданса) Отношение IYx / UYx определяет комплексную проводимость цепи (иммитанс), представленную параллельным соединением (см. рис 4а) активной проводимости GP и реактивной проводимости j BP, т.е. YX = IYx /UYx = GP j BP. Графическое представление полной проводимости представлено на рис. 4б. Как видно из рис.4б, полная проводимость YX состоит из двух компонентов. Один - это активная проводимость GP, второй - реактивная проводимость BP, причем при индуктивном характере цепи реактивное сопротивление равно - j BP , а при емкостном + j BP. Модуль к омплексной проводимости YХ и её составляющие определяются следующими соотношениями YХ = I Yx / UYx, GP = YХ Cos , BP = YХ Sin (3). При параллельном соединении активного сопротивления и индуктивности (см.рис. 4в) или активного сопротивления и емкости (см.рис.4г) имеем LP = 1/BP, СP = BP / , tg = Q = BP / GP = 1/ LP RP = СP RP , (4) tg = D = GP / BP = LP /RP = 1/ СP RP. Рис.4. К определению комплексной проводимости (иммитанса) На рис. 5 приведены векторные диаграммы токов и напряжений для последовательной и параллельной схем замещения при индуктивном (а) и емкостном (б) характере сопротивления цепи. Рис. 5. Векторные диаграммы напряжений и токов для последовательной и параллельной схем замещения при индуктивном (а) и емкостном (б) характере сопротивления цепи Поскольку ZY = 1, т.е. Z = 1/ Y, поэтому Z = RS j XS = 1/ Y = 1/(GP jBP) = =. Следовательно, RS =и XS = . Соотношения между параметрами для последовательной и параллельной схем замещения на основании приведенных выражений определяются следующими формулами: RS = RP /(1+ Q2), (при индуктивном и емкостном характерах сопротивления), LS = LP /(1 + 1/Q2) (при индуктивном характере сопротивления), (5). CS = CP (1 + 1/Q2) (при емкостном характере сопротивления). 2.3. Параметры цепей переменного тока, измеряемые измерителем RLC типа Е7-22 Измерителем Е7-22 измеряются следующие параметры цепей:
Следует отметить, что измеряемые параметры характеризуют свойства цепи только для выбранной схемы замещения и заданной частоты, а также при используемых уровнях сигналов. При условиях измерения, отличающихся от оговоренных, значения этих параметры могут быть иными, а при соответствующих условиях измерения существенно иными. В используемом приборе параметры цепи определяются расчетами по формулам (1), (2), (3) и (4). 2.4. Описание прибора Е7-22 2.4.1. Назначение и общие характеристики (см. таблицу № 1)Общие характеристики Таблица 1
2.4.2. Погрешности Е7-22 Погрешности нормируются при следующих условиях эксплуатации:
В таблицах 2,3,4 приведены абсолютные погрешности измеряемых параметров. Нормирование погрешностей при измерении сопротивлений Таблица 2
Погрешности измерения емкостей и тангенса угла потерь Таблица 3
Примечания:
Например: на ЖКИ отображается величина 18,888 мкФ. Сизм=18,888 мкФ. Сх =18888 3. Погрешности измерения индуктивности и тангенса угла потерь Таблица 4
Примечания:
Например: на ЖКИ отображается величина 18,888 мГн. Lизм=18,888 мГн, Lx=18888 2.4.3. Органы управления Е7-22| Дополнительная шкала Основная шкала
8 - кнопка [MIN/MAX] выбора режима фиксации экстремальных или средних значений или ввода цифры «5» 9 - кнопка [УСТ] установки программных режимов измерителя RLC или ввода цифры «6» 10 -кнопка [D] включения режима относительных измерений или ввода цифра «7» 11 - кнопка [ВЕР/НИЖ/ ПРЕД] установки верхнего и нижнего допускового предела или ввода цифры «8» 12 - кнопка [ОТН] включения режима измерения относительных отклонений или ввода цифры «9» 2.5. Управление работой измерителя Е7 – 22 и проведение измеренийбез установки программируемых параметров (УПП)2.5.1. Управление измерителем Е7 – 22 1. При включении кнопкой [О] питания на экране появится символ «APO», свидетельствующий об активации автоматического выключения. В режиме бездействия питание выключается через 10 минут. Для возвращения в рабочий режим следует кратковременно нажать кнопку [О] и прибор вернется в режим, предшествующий отключению. Функции автоматического отключения дезактивируются при работе от сетевого адаптера или при включении режима фиксации экстремальных значений. Для принудительного отключения функции «APO» при включении кнопки питания следует удерживать до появления на экране «APO OFF». Надпись «APO» исчезает. 2. Кнопками [ЧАСТ], [ПАР/ПОСЛ], [Q/D/R] и [MIN/MAX] при каждом их нажатии последовательно изменяются: - частота тест – сигнала: 120 Гц1 кГц 120 Гц, - схема замещения (PAL – параллельная, SER – последовательная): SERPALSER; - измеряемый параметр: LCRL; - максимум, минимум, разность между максимальным и минимальным значением, среднее значение за время измерения: MIN MAX MIN-MAX AVGвыкл MIN; нажатие и удержание кнопки [MIN/MAX] более 2-х секунд приводит к выключению режима фиксации экстремальных значений.3. При нажатии кнопки [D] включения режима относительных измерений на индикаторе появляется символ «D», основная шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное (Nэ).На индикаторе отображается разность D = Ni - Nэ.Выключение режима относительных измерений осуществляется нажатием и удержанием кнопки [D] более 2-х секунд или выключением питания.2.5.2. Проведение измеренийПодключить к измерителю измерительным кабелем объект измерения. Включить питание измерителя и убедится в том, что индикатор состояния батарей не горит. 1. Измерение сопротивленийНажатием кнопки [L/C/R] выбрать режим измерения «R». Подключить измеряемый объект к измерителю. Установить частоту сигнала. Дополнительная шкала в этом случае не используется. При измерении малых сопротивлений следует учитывать сопротивление кабеля. 2. Измерение емкости Нажатием кнопки [L/C/R] выбрать режим измерения «С». Подключить предварительно разряженный конденсатор к измерителю. Установить частоту сигнала и вид схемы замещения. На основной и дополнительных шкалах отобразятся результаты измерения. При измерении малых значений емкости следует учитывать входную емкость измерителя. При измерении больших значений емкости следует учитывать сопротивление кабеля. 3. Измерение индуктивностиНажатием кнопки [L/C/R] выбрать режим измерения «L». Подключить объект к измерителю. Установить частоту сигнала и вид схемы замещения. На основной и дополнительных шкалах отобразятся результаты измерения. При измерении малых значений индуктивности следует учитывать индуктивность кабеля измерителя. При измерении больших значений индуктивности следует учитывать проводимость, шунтирующую катушку. 4. Измерение взаимной индуктивностиКосвенное измерение взаимной индуктивности двух взаимно связанных катушек можно провести, выполнив прямые измерения на основании следующих соотношений: LСОГ = L1 + L2 + 2M12, LВСТР = L1 + L2 - 2M12, M12 = k , где LСОГ и LВСТР - индуктивность последовательно соединенных катушек при согласном и встречном включениях, k – коэффициент связи между катушками. ЗАДАНИЕ 1. Измерить параметры указанных преподавателем активных сопротивлений из группы «RX» для двух значений частоты. При необходимости ввести поправки на сопротивление кабеля и входную емкость измерителя. Рассчитать погрешности измерения сопротивлений. 2. Измерить параметры указанных преподавателем емкостей из группы «СX» для последовательной и параллельной схем замещения и двух значений частоты. При необходимости ввести поправки на сопротивление кабеля и входную емкость измерителя. Рассчитать погрешности измерения измеренных параметров. Проверить правильность соотношений (5). 3. Измерить параметры указанных преподавателем индуктивностей из группы «LX» для последовательной и параллельной схем замещения и двух значений частоты. При необходимости ввести поправки на сопротивление и индуктивность кабеля измерителя. Рассчитать погрешности измерения измеренных параметров. Проверить правильность соотношений (5). 4. Измерить взаимные индуктивности и коэффициенты связи двух пар индуктивно связанных катушек. Рассчитать погрешности косвенных измерений.
«MAX» - максимального значения сопротивления или емкости для группы элементов; «MIN» - максимального значения сопротивления или емкости для группы элементов; «MAX-MIN» - разность этих значений; «AVG» - измерение среднего значения. 6. Измерить абсолютное отклонение сопротивления или емкости (группы «RХ» и «CХ») от опорного значения в режиме относительных измерений. В качестве такового может быть использовано значение величины любого из элементов группы. 7. В режиме относительных измерений повторить измерения по пунктам 1,2 и 3 с автоматическим введением поправок на параметры входной цепи. УДК 621.317 С УДК: 621.317 Утверждено учебным управлением МЭИ (ТУ) Рецензент: канд. техн. наук, доцент Солодов Ю. С. Подготовлено на кафедре информационно-измерительной техники В.Ф.Семенов, Н.А.Серов, Е.Н. Шведов. Измерение параметров электрических цепей. Методическое руководство к лабораторной работе № 5 по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация».- М.: Изд-во МЭИ, 2005. - с. – 9. |
Лабораторная работа 1 4 лабораторная работа 2 13 лабораторная работа... Интернете разнообразную информацию – описательную, графическую, картографическую и пр. При разработке сайтов необходимо уметь работать... |
Лабораторная работа №9 59 Лабораторная работа №10 72 Лабораторная... Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по мдк. 03. 01. «Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов»... |
||
Методические указания для студентов по выполнению лабораторных работ... Лабораторная работа 4, 5 Исследование регистров, счетчиков и дешифраторов Лабораторная работа 6, 7 Исследование генератора псевдослучайной... |
Лабораторная работа №10. Изучение принципа действия и функциональной... Лабораторная работа № Изучение принципов построения системы автоматической подстройки частоты (апч) радиолокационной станции |
||
Лабораторная работа №1 «Создание общих ресурсов и управление ими» Лабораторная работа №6-7 «Изучение типов серверов, их настройка и конфигурирование» |
Лабораторная работа № Лабораторная работа №1. Изучение основных возможностей программного продукта Яндекс. Сервер. Установка окружения, установка и настройка... |
||
Лабораторная работа №27 Лабораторная работа №28 Контрольные работы... Пм «Сборка монтаж (демонтаж) элементов судовых конструкций, корпусов, устройств и систем металлических судов» |
Лабораторная работа №9 Данная лабораторная работа оформляется в виде файла word с расширением файла docx или doc и прикрепляется в виде ссылки на файл к... |
||
Лабораторная работа 2 12 лабораторная работа 3 17 лабораторная работа... «Проектирование систем реального времени» для студентов специальности 09. 05. 01 «Применение и эксплуатация автоматизированных систем... |
Лабораторная работа «Построение контуров изображения с использованием... Ивших на уроках математики понятие о математических кривых и графиках функций. Данная лабораторная работа может быть использована... |
||
Практическая работа Содержание Лабораторная работа: Оценка программно-аппаратных средств при переходе на Windows Vista 3 |
Лабораторная работа №2. Расчет матрицы a инерционных коэффициентов... Лабораторная работа №3. Расчет матриц Якоби (С7, D7j) исполнительного механизма космического манипуляционного робота 9 |
||
Лабораторная работа №1 «Применение средств операционных систем и... |
Лабораторная работа №1 «Применение средств операционных систем и... |
||
Контрольная работа №1 по теме «Организм. Молекулярный уровень» Лабораторная работа №2 «Изучение клеток и тканей растений и животных на готовых микропрепаратах» |
Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора I8085A при реализации программы |
Поиск |