ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.03.2024
Просмотров: 11
Скачиваний: 0
3. Измерение напряжения, тока, интервалов времени, частоты, угла сдвига по фазе
Для измерений в данной работе используются методы: калиброванных отклонений, калиброванных длительностей разверток и по фигурам Лиссажу. Величина измеряемого напряжения в вольтах равна произведению измеренной ординаты в делениях масштабной сетки на коэффициент отклонения, указанный у переключателя «Вольт/дел.» (при крайнем правом положении ручки «Усиление»).
Вычисление тока i производится по падению напряжения uR на образцовом активном резисторе R0 малой величины, включенном в цепь измеряемого тока: .
Измеряемый интервал времени равен произведению трех величин: 1) длины измеряемого участка (по горизонтали) в делениях сетки; 2) множителя развертки (1 или 0.2); 3) цифры, указанной у переключателя «Время/дел.» (при крайнем правом положении ручки «Плавно», спаренной с переключателем).
Частота f, Гц, вычисляется либо по формуле , где Т — период, с, либо по фигурам Лиссажу.
Этот метод является одним из наиболее точных. К пластинам Y и X ЭЛТ подводятся два синусоидальных напряжения (при выключенном генераторе развертки), при этом на экране ЭЛТ появляются фигуры Лиссажу. Вид фигур зависит от соотношения частот напряжений, их амплитуд и сдвига по фазе. Например, при равенстве частот и амплитуд и различных углах сдвига по фазе на экране будет окружность, эллипс или прямая линия (рис. 5, а).
В случае неравенства частот на экране возникают более сложные фигуры (рис. 5,б, в). Если частоты относятся как целые числа, то фигуры будут неподвижными.
|
Рис. 5 |
По виду фигур Лиссажу можно определить частоту одного из напряжений, если известна частота другого и известно отношение частот. Отношение частот при неподвижной фигуре определяется отношением чисел пересечений фигуры с вертикальной и горизонтальной линиями, проведенными через фигуру. Число пересечений с горизонтальной линией характеризует частоту вертикально отклоняющего напряжения , a число пересечений с вертикальной линией – частоту горизонтально отклоняющего напряжения . Между собой они связаны уравнением . Во избежание ошибок вертикальную и горизонтальную линию нельзя проводить через узловые точки фигуры.
Для фигур рис. 5 отношения частот:
а) ; б) ; в) .
(На рис. 5 горизонтальная и вертикальная линии показаны пунктиром).
Угол φ сдвига по фазе между синусоидами напряжения и тока вычисляется по формуле , где , – длины горизонтальных отрезков, соответствующих измеряемому углу φ и периоду Т.
Точность измерений будет тем выше, чем больше ордината или абсцисса измеряемого участка. Наиболее точными будут измерения в средней части экрана.
4. Программа работы
-
Ознакомление с осциллографом С1-55 (или С1-69), включение его в сеть и подготовка к работе в режиме периодической развертки.
-
Получение осциллограммы исследуемого напряжения при открытом и закрытом входе ЭО, измерение постоянной и переменной составляющих, определение частоты переменной составляющей методом калиброванной развертки и по фигурам Лиссажу.
-
Получение осциллограмм напряжения и тока приемника, вычисление амплитудных значений напряжения и тока, величины угла φ, сопротивлений.
Выполнение работы
П. 1 программы. Разобраться в назначении всех ручек, переключателей и других элементов, расположенных на передней панели ЭО, определить, к каким блокам на рис. 2 они относятся. Уяснить влияние изменения положения каждой из ручек на работу ЭО.
Перед включением ЭО в сеть поставить ручки в положения: «Питание» – выключено (вниз), «Яркость» (I, II) – против часовой стрелки до упора, «Вольт/дел.» (I, II) – 20, «Усиление» (I, II) – по часовой стрелке до фиксации, синхронизация – «Внутр. I», переключатели схемы входа (I, II) – «~», в блоке развертки множитель 1, ручка «Плавно» – по часовой стрелке до фиксации, калибратор – «Откл.», ручка «Стаб.» – по часовой стрелке. Положения остальных ручек безразличны.
Затем включают вилку сетевого шнура ЭО в сеть ~ 220 В 50 Гц и переводят тумблер «Питание» в положение «Вкл.», при этом должна загореться индикаторная лампочка. Дают прогреться ЭО 2 – 3 мин (при точных измерениях – 15 мин). После этого производят регулировки лучей ручками «Яркость», «Фокус», «Астигматизм» и получают на экране две достаточно яркие, хорошо сфокусированные тонкие горизонтальные линии. Каждую из них располагают ручками «↔», «↕» на своих нулевых линиях сетки (см. рис. 1) так, чтобы начала их совпадали с началом сетки.
Осциллограф подготовлен к работе и до окончания лабораторной работы из сети не выключается, в перерывах между исследованиями уменьшается яркость лучей.
Кроме вышеуказанной подготовки по указанию преподавателя могут быть проверены: балансировка усилителей, правильность калибровки коэффициентов отклонения и развертки. Эти проверки и дополнительные регулировки производятся согласно указаниям, приведенным в приложении.
П. 2 программы. Горизонтальные линии развертки лучей должны совпадать со своими нулевыми линиями на сетке. Собирают схему (рис. 6). К входу YII (вход закрытый) подключают источник исследуемого напряжения, к входу YI (схема входа любая) – образцовый генератор синусоидального напряжения. Синхронизация развертки ЭО – внутренняя (II). Регулируя положение ручек «Вольт/дел.», «Время/дел.», «Уровень», «Стаб.» получают в нижней части экрана неподвижное изображение одного-двух периодов кривой исследуемого напряжения с амплитудой два-три деления. Одновременно в верхней части экрана, не трогая ручек развертки и синхронизации, получают изображение синусоиды от образцового генератора. Регулируют частоту генератора так, чтобы сделать ее равной частоте переменной составляющей исследуемого процесса. Зарисовывают на кальку кривую исследуемого напряжения вместе с осями координат, отметив на них деления масштабной сетки. Здесь же записывают значения коэффициентов отклонения и развертки, частоту генератора.
|
Рис. 6 |
Затем, не смещая кальку, схему входа YII переключают на открытую и снова зарисовывают кривую исследуемого процесса. Наличие постоянной составляющей в исследуемом напряжении вызывает смещение по вертикали изображения на экране в соответствии с величиной и полярностью этой составляющей. Убеждаются в отсутствии постоянной составляющей в синусоидальном напряжении образцового генератора, переключив схему входа YI на открытую. Магнитоэлектрическим вольтметром измеряют постоянную составляющую (на зажимах источника) и записывают ее величину в протоколе.
По осциллограммам непосредственно с экрана определяют значения амплитуды переменной составляющей Uт, постоянной составляющей Uо и периода исследуемого сигнала Т по формулам:
; ,
где – коэффициент отклонения (В/дел.), – коэффициент развертки (с/дел.), пу, пх – количество делений масштабной сетки соответственно по вертикали и горизонтали.
Результаты измерений заносят в протокол в произвольной форме. Частоту исследуемого сигнала определяют по частоте образцового генератора ( ), по периоду и по фигурам Лиссажу.
Для этого необходимо подготовить ЭО. Вход YII – закрытый. Не отключая напряжения от входа YII, переключатель синхронизации ЭО переводят в положение «Вход X». Соединяют проводниками потенциальный зажим выхода образцового генератора с гнездом ЭО «Вход 1:1» и зажимы « » генератора и ЭО (пунктирные линии на рис. 6). Положения ручек ЭО и частоту образцового генератора регулируют так, чтобы в центре экрана была неподвижная замкнутая кривая диаметром 4-5 дел. Зарисовывают ее на кальку и записывают частоту генератора.
Далее, не меняя положения ручек осциллографа, меняют частоту генератора по указанию преподавателя и получают ряд неподвижных фигур. Зарисовывают их, указывая около каждой частоту генератора.
На фигурах Лиссажу проводят горизонтальную и вертикальную линии (см. рис. 5), подсчитывают число пересечений и определяют частоту исследуемого сигнала.
П. 3 программы. Собирают схему (рис. 7), где Rо =(1–10 Ом) имеет активный характер на частоте исследования.
|
Рис. 7 |
Переключатель синхронизации ЭО устанавливают в положение «Внутр. I». Совмещают обе горизонтальные линии развертки с горизонтальной линией сетки посредине экрана. Включив схему, производят необходимые регулировки ЭО и получают на экране две неподвижные синусоиды – и с амплитудами, равными примерно трем делениям сетки и периодом примерно 6 делений. Для удобства обработки осциллограмм рекомендуется установить амплитуду менее, чем . Зарисовывают на кальку кривые вместе с координатными осями, обозначают их, записывают коэффициенты отклонения и развертки , заполняют таблицу, форма которой приведена ниже.
Вход ЭО |
Записывают |
Вычисляют |
|||||||||
, В/дел |
, мс/дел |
, Ом |
f, Гц |
, В |
, В |
, А |
φ, град |
, Ом |
, Ом |
, Ом |
|
YI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
YII |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из осциллограмм (непосредственно с экрана ЭО) определяют амплитуды , , период Т, угол φ нагрузки. Сопротивления , , , частоту f вычисляют по формулам, известным из курса ТОЭ. Характер нагрузки (индуктивный, емкостный) определяют по положению кривой тока по отношению к напряжению (отстает или опережает).