Опис лабораторної роботи

Скачати 101.15 Kb.

Назва	Опис лабораторної роботи
Дата	25.03.2013
Розмір	101.15 Kb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

Вимірювання напруги змінного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW

Опис лабораторної роботи

1. Мета роботи

Формування навиків вимірювання змінної електричної напруги з застосуванням віртуального інтерактивного комп’ютерного середовища LabVIEW. Ознайомлення з особливостями впливу форми і частоти напруги на показання засобів вимірювання. Придбання навиків про порядок роботи з электровимірювальними приладами .

2. Обладнання, програмне та інформаційно-методичне забезпечення.

2.1. ЕОМ типу IBM PC. Програма LabVIEW 7.0 та методичні посібники для роботи з нею.

2.2. Інтерактивний електронний посібник Основи інформаційно-електронних технологій.
3. Теоретичні відомості

Ознайомтеся з наступними питаннями:

- змінна електрична напруга і параметри, що її характеризують;

- поняття коефіцієнта форми і коефіцієнта амплітуди і методика обліку впливу цих коефіцієнтів на результати виміру змінної напруги;

- методи вимірювання змінної електричної напруги;

- причини виникнення і способи обліку похибок при вимірюванні змінної електричної напруги;

- будова, принцип дії й основні характеристики електромеханічних вольтметрів змінного струму;

- будова, принцип дії й основні характеристики електронних (аналогових і цифрових) вольтметрів змінного струму;

- будова і способи реалізації методів вимірювання, використовуваних при виконанні роботи;

- будова і характеристики засобів вимірювання, використовуваних при виконанні роботи;

При вимірюванні змінної напруги синусоїдальної форми, як правило, цікавляться її середньоквадратичним (діючим) значенням.

Діюче значення змінної напруги Uд знаходять, використовуючи відому залежність між Uд і миттєвим значенням u(t):

де Т - період змінної напруги.

Діюче значення змінної напруги може бути виміряне електромагнітними (діапазон частот від 20 Гц до 1-2 кГц), електродинамічними (діапазон частот від 20 Гц до 2-5 кГц), феродинамічними (діапазон частот від 20 Гц до 1-2 кГц), електростатичними (діапазон частот від 20 Гц до 10-20 МГц), термоелектричними (діапазон частот від 10 Гц до 10-100 мГц) і електронними (діапазон частот від 20 Гц до 0,1-1 ГГц) вольтметрами,

В тих випадках, коли форма електричного сигналу відрізняється від синусоїдальної, вимірюють середньовипрямлене і амплітудне значення змінної напруги.

2

Середньовипрямлене значення змінної напруги U_СВ визначають як середнє арифметичне абсолютних миттєвих значень за період:

Середньовипрямлене значення може бути виміряне випрямним електромеханічним вольтметром або електронним вольтметром.

Таблиця 1. Значення коефіцієнтів Кф і К_а для деяких сигналів

Для періодичних коливань довільної форми зв'язок між середньовипрямленим і середньоквадратичним значеннями визначається співвідношенням:

де Кф - коефіцієнт форми, значення якого для деяких випадків приведені в табл. 1.

Амплітудне значення

гармонійної напруги зв'язано з його поточним u(t) значенням відомою залежністю:

Для періодичних коливань іншої форми ця залежність може бути порівняно легко визначена. Що стосується неперіодичних сигналів, то вони характеризуються піковими значеннями (максимальними значеннями з усіх миттєвих значень за час спостереження).

Амплітудне і пікове значення можуть бути виміряні електронними вольтметрами пікового (амплітудного) значення, а також за допомогою осцилографів різного типу.

Для періодичних коливань довільної форми зв'язок між амплітудою сигналу і його середньоквадратичне значення визначається по формулі:

3

де - коефіцієнт амплітуди, значення якого для деяких випадків, що часто зустрічаються, приведені в табл. 1.

4. Опис лабораторного стенда

Лабораторний стенд являє собою LabVIEW комп'ютерну модель, що розташовується на робочому столі персонального комп'ютера.

На стенді знаходяться моделі електромагнітного й електродинамічного вольтметрів, електронного вольтметра з амплітудним детектором, проградуйованого в діючих значеннях гармонійної напруги, електронних мілівольтметрів середньоквадратичного і середньовипрямленого значення, електронного осцилографа і генератора сигналів спеціальної форми (мал. 1).

При виконанні роботи моделі засобів вимірювання і допоміжних пристроїв служать для вирішення описаних нижче задач.

Моделі електромагнітного й електродинамічного вольтметрів, а також вольтметра з амплітудним детектором використовуються при моделюванні процесу прямих вимірів середньоквадратичного значення змінної електричної напруги синусоїдальної форми методом безпосередньої оцінки.

Мал. ЗА. 1. Модель лабораторного стенда

на робочому столі комп'ютера при виконанні роботи № 3.4

(1 - електромагнітний вольтметр, 2 - електродинамічний вольтметр,

3 - електронний вольтметр з амплітудним детектором, 4 - електронний '

вольтметр середньовипрямленого значення, 5 - електронний вольтметр

середньоквадратичного значення, 6 - електронний осцилограф,

7 - генератор сигналів спеціальної форми)

4

Моделі електронних аналогових мілівольтметрів середньовипрямленого і середньоквадратичного значення використовуються при моделюванні процесу прямих вимірів відповідно середньовипрямленого і середньоквадратичного значення напруги в колі змінного струму синусоїдальної і несинусоїдальної форми методом безпосередньої оцінки.

Модель електронного осцилографа використовується при моделюванні процесу вимірювання параметрів змінної напруги довільної форми.

Модель генератора сигналів спеціальної форми використовується при моделюванні роботи джерела змінної апруги синусоїдальної, прямокутної (меандр), трикутної (двухполярної) і пилообразної форми, з плавним регулюванням амплітуди і частоти вихідного сигналу.

Схема електричного з'єднання приладів при виконанні вимірювання приведена на мал. 2.

5. Робоче завдання

5.1. Запустіть програму лабораторного практикуму і виберіть лабораторну роботу № 3.4 «Измерение переменного электрического напряжения» у групі

Мал.2. Схема електричного з'єднання приладів при виконанні вимірів

робіт «Измерение электрических величин». На робочому столі комп'ютера автоматично з'являться модель лабораторного стенда з моделями засобів вимірювання і допоміжних пристроїв (мал. 1) і вікно створеного в середовищі MS Excel лабораторного журналу, що служить для формування звіту за результатами виконання лабораторної роботи.

5.2. Ознайомтеся з розташуванням моделей окремих засобів вимірювання і інших пристроїв на робочому столі.

5.3. Підготуйте моделі до роботи:

- включыть електронні вольтметри за допомогою тумблера «СЕТЬ»;

- включыть генератор сигналів і установыть ручку регулятора вихідної напруги в крайнє ліве положення (амплітуда вихідного сигналу дорівнює нулю);

5

- установыть перемикач роду роботи генератора сигналів у положення, що відповідає гармонійній напрузі;

- установыть частоту сигналу на виході генератора рівною 20 Гц;

- включіть осцилограф.

5.4. Випробуйте органи керування моделями і переконайтеся в їхній працездатності. У процесі випробування встановіть регулятор напруги на виході генератора в середнє положення і спостерігайте форму сигналу на екрані осцилографа. Змінюючи напругу, частоту і форму сигналу на виході генератора, а також діапазон вимірювання вольтметрів, простежите за зміною зображення на екрані осцилографа і змінами показань вольтметрів.

5.5. Виконуйте завдання лабораторної роботи.

Завдання 1. Дослідження частотних характеристик вольтметрів змінного струму

Використовуючи осцилограф у якості індикатора, визначте в діапазоні частот від 20 Гц до 100 кГц залежність показань електромагнітного, електродинамічного й електронного вольтметрів (тип електронного вольтметра вибирається за своїм розсудом) від частоти що вимірюється перемінної напруги:

а) встановіть на виході генератора гармонійну напругу частотою 20 Гц;

б) відрегулюйте амплітуду сигналу на виході генератора так, щоб показання вольтметрів виявилися в останній третині шкали діапазону 3 В, а стрілка електродинамічного вольтметра зупинилася навпроти оцифрованого поділу шкали;

в) зніміть показання вольтметрів;

г) запишіть у звіт показання вольтметрів і частоту досліджуваного сигналу, а також відомості про клас точності вольтметрів;

д) виконаєте виміри відповідно до пп. «б»-«г», залишаючи незмінною амплітуду і форму вихідної напруги генератора і послідовно встановлюючи частоту сигналу рівною 50 Гц, 400 Гц, 3 кГц, 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц, 5 кГц, 5 кГц, 7 кГц, 10 кГц, 12 кГц, 15 кГц, 20 кГц і далі з кроком 10 кГц до 100 кГц При виконанні завдання ретельно стежите за показаннями осцилографа (амплітуда напруги повинна залишатися незмінною). У випадку зміни амплітуди скоригуйте її, орієнтуючись на показання осцилографа, до вихідного значення, використовуючи регулятор вихідної напруги генератора сигналів.

Завдання 2. Дослідження залежності показань електромагнітного, електродинамічного й електронних вольтметрів від форми напруги

а) Встановіть на виході генератора сигналів гармонійну напругу частотою від 50 Гц до 100 Гц.

б) Встановіть амплітуду вихідної напруги генератора таку, щоб показання вольтметрів виявилися в останній третині шкали діапазону 3 В, а стрілка електродинамічного вольтметра зупинилася навпроти оцифрованого поділу шкали.

в) Замалюйте осцилограму досліджуваної напруги.

г) Зніміть показання вольтметрів.

д) Запишіть у звіт показання вольтметрів, відомості про частоту і форму досліджуваного сигналу, а також відомості про клас точності вольтметрів.

5.6. Залишаючи незмінною амплітуду (контроль робиться за допомогою осцилографа) і частоту вихідної напруги генератора, виконайте вимірювання

6

відповідно до пп. «а»-«д», послідовно встановлюючи на виході генератора прямокутну (меандр) і трикутну форми напруги.

5.7. Збережіть результати.

6. Оформлення звіту

Звіт повинен містити:

- відомості про мету і порядок виконання роботи;

- відомості про використані методи вимірювання;

- відомості про характеристики використаних засобів вимірювання;

- необхідні електричні схеми;

- дані розрахунків, що проводилися при виконанні відповідних пунктів завдання;

- експериментальні дані й осцилограми;

- цілком заповнені таблиці звіту (див. табл. 3.4.2 і 3.4.3), а також приклади розрахунків, що виконувалися при заповненні таблиць;

- графіки залежності показань вольтметрів різних систем від частоти напруги;

таблицю з теоретичними й експериментальними даними про залежність показань вольтметрів різних систем від форми змінної напруги;

- оцінки, де це можливо, частоти напруги і значення її коефіцієнта форми і/або амплітуди, при яких відповідна додаткова похибка вольтметрів дорівнює основній похибці, обумовленої класом точності приладу;

- аналіз отриманих даних і висновки про особливості і якість проведеного вимірювання і за результатами проробленої роботи.

7

7. Контрольні питання

1. Якими параметрами, що належить виміряти, характеризується змінна напруга?

2. Що таке середньоквадратичне, середнє і середньовипрямлене значення змінної напруги?

3. Якими вольтметрами вимірюється середньоквадратичне значення змінної напруги? Які з них найбільш точні і чому?

4. Якими вольтметрами вимірюється середньовипрямлене значення змінної напруги?

5. Потрібно виміряти постійну складову змінної напруги. Який засіб вимірювання ви виберете?

6. У якому діапазоні частот можна вимірювати гармонійну напругу? Які вольтметри можуть служити зразковими на низьких, середніх і високих частотах?

7. Є випрямний вольтметр класу 1,0 із шкалою 100 поділів, проградуйований у діючих значеннях гармонійної напруги. В якому діапазоні може змінюватися коефіцієнт форми і/або амплітуди напруги що вимірюється, щоб значенням цієї зміни можна було знехтувати?

8. Чим визначається залежність показань вольтметрів різного типу від частоти напруги що вимірюється?

9. Опишіть принцип роботи і будову електромеханічних вольтметрів змінного струму? Чим визначається похибка цих приладів?

10. Опишіть принцип роботи і будову електронних вольтметрів змінного струму. Чим визначається похибка цих приладів?

Література

Батоврин В.К. и др. LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий: Учебное пособие для вузов. – М: ДМК Пресс, 2005.
Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. – Л: Энергоиздат. 1983.
РанневГ.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измеренийЖ Учебник для вузов. - М., Академия, 2003.
Информационно-измерительная техника и технологии. Учебник для вузов. Под ред. Г.Г.Раннева. – М. Высшая школа., 2002.
Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия - Телеком. 2002.

Укладачі: Чаповський М.З., Власенко В.М.

Друк цього опису можна виконати з файла LR_3-4_druk.doc

Схожі:

Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники К., Выща шк.,... Опис виконання завдань лабораторної роботи, самостійної та індивідуальної роботи	Опис лабораторної роботи Вимірювання параметрів гармонійної напруги за допомогою осцилографа у віртуальному
Опис лабораторної роботи Вимірювання сили постійного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW	Опис лабораторної роботи Вимірювання потужності постійного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Опис лабораторної роботи Вимірювання частоти і періоду електричних сигналів у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW	Опис лабораторної роботи Вимірювання частоти і періоду електричних сигналів у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Дослідження електричних кіл змінного струму Опис лабораторної роботи Навчально-дослідний стенд для фізичного моделювання електронних пристроїв та методичний посібник для роботи на ньому	Вимірювання кута фазового зрушення у віртуальному комп’ютерному середовищі... Придбання навиків вимірювання кута фазового зрушення. Одержання відомостей про характеристики і будову та навиків роботи цифрового...
Проектування та моделювання шифраторів Опис лабораторної роботи Ознайомлення з принципом дії, основними властивостями та параметрами шифраторів, дослідження їх характеристик та логічних функцій,...	Проектування та моделювання шифраторів Опис лабораторної роботи Ознайомлення з принципом дії, основними властивостями та параметрами шифраторів, дослідження їх характеристик та логічних функцій,...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання