ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧЕРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ТОМСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по выполнению практических занятий

для студентов очного отделения специальности

210407 «Эксплуатация средств связи»

Томск 2011

Одобрено на заседании цикловой комиссии. Протокол № от « » 20 г Председатель: /В.П. Немтинов/

Составлена в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровня подготовки выпускника по специальности Заместитель директора по УВР /Н.Н.Куделькина/

Автор – преподаватель Томского техникума железнодорожного транспорта – филиала сгупс а.А. Кабанова

Рецензенты: преподаватель Профессионального училища № 6 г. Томск Петрошенко Н.И.;

преподаватель Томского техникума железнодорожного транспорта – филиал

СГУПС Козлова Н.И.

Введение

Методическое пособие по выполнению практических занятий разработано в соответствии с примерной программой учебной дисциплины «Электрические измерения» по специальности 210407 «Эксплуатация средств связи».

Методическое пособие соответствует требованиям к уровню профессиональной деятельности по специальности 210407 «Эксплуатация средств связи», определенным Госстандартом второго поколения и предназначено для студентов 2-3 курсов очной формы обучения.

Целью данного методического пособия является формирование у студентов умений и навыков: собирать, вычерчивать, исследовать, проверять работоспособность измерительных приборов; пользоваться справочной литературой при выборе измерительных устройств; решать практические задачи по расчету электрических величин.

Для базового уровня среднего профессионального образования примерной программой дисциплины «Электрические измерения» предусмотрено 32 часа на проведение практических занятий. В данном пособии приведены методические описания рекомендованных практических занятий.

С учетом уровня материальной базы, практические занятия могут проводиться как в лаборатории с использованием стендов, так и в виртуальной лаборатории на компьютере.

На первом занятии преподаватель объясняет цель намеченных работ; знакомит с правилами работы в лаборатории; с используемым оборудованием; организацией рабочего времени; проводит первичный инструктаж по охране труда, о чем студенты расписываются в специальном журнале. Лабораторные работы проводятся фронтально, это позволяет преподавателю одновременно руководить действиями студентов, проводить групповой инструктаж на каждом занятии, давать указания по ходу выполнения работы, объяснять характерные ошибки.

Перед выполнением работ студенту необходимо: повторить теоретический материал, ознакомиться с инструкцией, содержанием, порядком выполнения работы.

Практические занятия имеют разное количество вариантов, которые берутся студентами из таблицы «Исходные данные» или выдаются преподавателем индивидуально.

После выполнения работы студент составляет отчет. Отчеты оформляются на листах формата А 4 основной надписью для текстовых документов, чертежи, схемы, графики в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. По лабораторным работам и практическим занятиям студент получает зачет на основании устного собеседования по контрольным вопросам.

Техника безопасности

До выполнения работы необходимо по данному методическому пособию изучить устройство и принцип действия радиоизмерительных приборов. При выполнении работы перед включением каждого прибора изучить техническое описание прибора и правила его эксплуатации.

1. Приступать к измерениям можно лишь после подготовки приборов к работе, т. е. прогрева, балансировки, установки нуля и калибровки согласно техническим описаниям к приборам, так как в противном случае результаты измерений будут неверными.

2. Подключение приборов производится коаксиальными экранированными кабелями, у которых экран (внешняя оболочка) заземляется, а центральный проводник используется как «потенциальный». «Земляной» конец при разделке кабеля обычно делают более длинным, окрашивают в темный цвет или помечают значком ‘┴’ или 3. При подключении приборов друг к другу следует «земляную» клемму одного прибора соединять с такой же другого, а «потенциальную» — с «потенциальной», ибо в противном случая произойдет короткое замыкание сигнала через общий провод заземления.

3. При подключении к генератору необходимо учитывать соответствие сопротивления нагрузки выходному сопротивлению генератора (5 Ом, 50 Ом, 600 Ом). При сопротивлении нагрузки, существенно большем выходного сопротивления генератора (например, при подключении осциллографа, вольтметра, частотомера), необходимо включить внутреннюю нагрузку генератора.

4. Обратить внимание, в каких величинах показывает измеритель выходного напряжения (амплитудное, действующее, среднее) и в каких значениях его измеряют осциллограф и вольтметр. Для сопоставления результатов лучше все измерения перевести в одно значение (например, для синусоиды действующее U_g=U_m /1.41).

5. При измерениях обратить внимание на возможные значения параметров сигнала для каждого измерительного прибора. При этом необходимо учитывать не только измеряемый параметр (напряжение для вольтметра и частоту для частотомера, напряжение и частоту для осциллографа), но и сопутствующий параметр (диапазон возможных частот сигналов при измерении напряжения вольтметром и минимальное напряжение сигнала при измерении частоты частотомером). В случае, если у какого-либо прибора не хватает чувствительности или частотного диапазона, необходимо в таблице сделать соответствующую запись.

6. Для получения устойчивой осциллограммы синусоидальных сигналов необходимо развертку осциллографа переключить в режим «ждущей» от внутреннего источника самого сигнала. Частота сигнала определяется по измеренному периоду f=1/T. При измерении частоты и амплитуды несущей во втором задании можно выключить модуляцию (М=0). Для определения глубины амплитудной модуляции (M≠0) по осциллограмме можно пользоваться формулой М =(A-a)/(A+a), где А — наибольший размах осциллограммы на оси «Y», a — наименьший. Частота модуляции также определяется по периоду модуляции, при этом развертку осциллографа нужно установить такую, чтобы на экране полностью помещался один или несколько периодов модуляции (несущая при этом размывается на осциллограмме в сплошной светлый фон).

7. При выполнении третьего задания осциллограф должен быть включен в режиме ждущей развертки с внешней синхронизацией. На вход внешней синхронизации осциллографа подается сигнал с выхода импульсов синхронизации генератора импульсов, а на вход «Y» осциллографа — сигнал с основного выхода генератора.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ РАБОТ

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

Поверка амперметров и вольтметров. Расчет погрешности

Цель работы: ознакомление с методикой поверки аналоговых электромеханических приборов и определением их основных метрологических характеристик. Получить навыки расчета основных видов погрешности

Оборудование: амперметры, вольтметры, подстроечные резисторы, соединительные провода

Краткие теоретические сведения

Поверкой средств измерений называют определение погрешностей средства и установление его пригодности к применению. Погрешности определяют по результатам конечного числа экспериментов по сравнению показаний поверяемого прибора и образцового средства. Достоверность поверки обеспечивается необходимым условием: отношение пределов допускаемых абсолютных основных погрешностей образцовых средств измерений (_О) и поверяемых приборов (), для любой из поверяемых отметок шкалы, должно удовлетворять неравенству:

_О/  0.2. (1.1)

Поверка вольтметров и амперметров методом сличения.

В основе поверки методом сличения лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым прибором и образцовым средством измерений.

Погрешность и вариация определяются для 510 точек шкалы равномерно распределенных по диапазону измерений. Перед началом поверки необходимо:

а) установить поверяемый прибор в нормальное для него положение в соответствии с условным обозначением на шкале прибора;

б) с помощью корректоров установить указатель прибора на начальную отметку шкалы;

в) для поверки вольтметра собрать поверочную схему (рис. 1.1, a), где V и V_O – поверяемый и образцовый вольтметры, R₂ и R₃ – регулировочные переменные резисторы, U – постоянное или переменное напряжение синусоидальной формы стабильной амплитуды.

г) для поверки амперметра собрать соответствующую поверочную схему (рис. 1.1, б), где А, А_О – поверяемый и образцовый амперметры, R₅ и R₆ – регулировочные переменные резисторы, U – постоянное напряжение;

д) установить максимальные пределы измерения приборов.

В качестве источника напряжения использовать регулируемый источник постоянного тока и низкочастотный генератор гармонического сигнала из состава стенда или аналогичные им.

Проверить схему, обратив внимание на правильность подключения полярных выводов источника напряжения постоянного тока U и приборов. Включить питание. Убедиться в правильности направлений реакций приборов. После этого установить заданный предел измерения поверяемого прибора и выбрать по условию (1.1) предел измерения образцового прибора. Поверку тестера в режиме вольтметра производить на пределе 10 В.

П ри определении основной погрешности указатель поверяемого прибора последовательно устанавливают на поверяемые отметки шкалы (Х) сначала при плавном увеличении измеряемой величины, а затем на те же отметки при плавном уменьшении измеряемой величины. Для всех поверяемых отметок по образцовому средству измерений определяют действительные значения измеряемой величины Х_{Д ув} и Х_{Д ум}.

Рисунок 1.1 Схема подключения приборов для проведения поверки методом сличения: а – поверка вольтметра; б – поверка амперметра

Абсолютную погрешность при увеличении и уменьшении показания определяют по формулам: x_ув=Х–Х_{Д ув}; х_ум=Х–Х_{Д ум}, где Х – показание поверяемого прибора; Х_{Д ув} – показание образцового средства измерений при увеличении показаний; Х_{Д ум} – показание образцового средства измерений при уменьшении показаний. Относительная погрешность:

 = 100х/Х, (%).

Приведенная погрешность:

 = 100х/Х_N, (%),

где Х_N – нормирующее значение.

Относительную и приведённую погрешности определяют для всех поверяемых отметок шкалы, выбирая наибольшее по модулю значение абсолютной погрешности.

Вариацию показаний прибора на поверяемой отметке шкалы определяют как абсолютное значение разности действительных значений измеряемой величины при одном и том же показании прибора, полученном при плавном подводе указателя сначала со стороны меньших, а затем со стороны больших значений. Вариация может определяться также в процентах от нормирующего значения измеряемой величины:

в = 100(Х_{Д ув} – Х_{Д ум})/ Х_N, (%).

Если при выполнении поверки амперметра возникает трудность в соблюдении условия (1.1), можно измерять действительные значения тока косвенным способом. Для этого образцовый амперметр следует заменить параллельной цепью, составленной из образцового вольтметра и образцового сопротивления R_N в соответствии со схемой на рис. 1.2

Рисунок 1.2 Цепь замены образцового амперметра при несоблюдении условия неравенства(1.1)

Поверка вольтметра переменного тока в рабочем диапазоне частот. При указанном диапазоне частот, ограниченном минимальным f_min и максимальным f_max значениями за номинальное значение частоты испытательного сигнала принимают f_Н=50 Гц, если f₁[f_min, f_max] или f₁=(f_minf_max)^1/2, если f_min>50Гц. Поверку осуществляют на частотах f_Н, f_min, f_max по методике описанной выше. Результаты измерений и расчётов предварительно могут быть сведены в табл. 1.2 (для удобства).

Дополнительную погрешность вольтметра от изменения частоты определяют на частотах f_min, f_max, соответствующих границам заявленного рабочего диапазона, по формулам:

_Д(f_min) =(f_min) - (f_Н), _Д(f_min) = 100_Д(f_min) /Х_N (%),

_Д(f_max) =(f_max) - (f_Н), _Д(f_max) = 100_Д(f_max) /Х_N (%).

Поверка омметра (комбинированного прибора в режиме омметра) с помощью образцовой многозначной меры. В качестве образцовой многозначной меры в работе используется магазин сопротивлений. Перед началом эксперимента провести начальную установку омметра: для шкал с диапазоном показаний [, 0] замкнуть проводом вход омметра и с помощью ручки “Установка нуля” установить указатель в положение “0”, для шкал с диапазоном показаний [0, ]: установить указатель в положение “” с помощью той же ручки при разомкнутом входе омметра.

Вход омметра подключается к магазину сопротивлений. Погрешность определяют для 410 числовых отметок шкалы кроме “0” и “”. Поверяемые отметки R_i выбирать с учётом диапазона значений меры и заданного масштабного коэффициента (устанавливается переключателем “Множитель”).

Установить значение сопротивления магазина R_O=R_i. Если показания омметра отличаются от значения R_i, то изменением сопротивления R_O магазина добиться совпадения указателя омметра с выбранной отметку шкалы R_i.

В таблице R_i = R_i - R_O,i – значения абсолютных погрешностей омметра; _i – значения абсолютных погрешностей омметра, выраженных в делениях равномерной шкалы омметра и эквивалентных значениям R_i; _i =100_i/_N – приведённая погрешность, _N – нормирующее значение – длина шкалы омметра по равномерной шкале.

Погрешность _i, соответствующую разности показаний омметра при двух значениях магазина сопротивлений R_i и R_O,i, оценить визуально затруднительно. Более точную оценку можно получить, определив чувствительность S_i нелинейной функции преобразования омметра (R_i)=f(R_i). Точное значение производной S(R_i)=d(R_i)/dR_i можно заменить отношением конечных приращений:

S(R_i)S*(R_i)=_S/R_S,

где _S=(_S-_S-1) – разность между двумя показаниями омметра _S и _S-1 (см. рис.1.3), отсчитанными по делениям равномерной шкалы, расположенных по обе стороны от указателя в окрестности поверяемого значения R_i; R_S=(R_O,S-R_O,S-1) – разность между значениями магазина сопротивлений соответствующих показаниям _S и _S-1. Искомые значения рассчитывается по формуле:

_i= S*(R_i)R_i.

Рисунок 1.3 Определение разности между показаниями

В большинстве случаев при оценке чувствительности достаточно обеспечивать значение приращения _S=1.