Вимірювання активної потужності двома і трьома

ватметрами

Тип з’єднання	Струм Iф	Напруга Uф	Зсув фаз cosφ	Розрахункова потужність Pх	Потужність PW1	Потужність PW2	Потужність PW3	Похибка вимірювання δ	Потужність P=P±ΔP
	A	B		Вт	Вт	Вт	Вт	%	Вт
Метод двох ватметрів
Метод трьох ватметрів

 

 Таблиця 3

Технічні характеристики засобів вимірювання

Назва засобу вимірювання	Тип (система)	Границя вимірювання	Клас точності	Внутрішній опір

 

Контрольні запитання

 

1. Як визначають сталу ватметра?

2. Чому виникає методична похибка вимірювання потужності?

3. Як оцінити абсолютну і відносну похибки вимірювання активної потужності трифазного споживача?

4. Які прилади необхідно використати для непрямого вимірювання потужності при з’єднанні споживачів зіркою та трикутником?

5. Які методи застосовуються для вимірювання активної потужності в трифазних колах при рівномірному навантаженні фаз?

Робота 8

Тема роботи: вимірювання параметрів періодичних сигналів за допомогою електронно-променевого осцилографа

 

Мета роботи: вивчення будови та принципу роботи осцилографа, проведення вимірювань параметрів змінних періодичних сигналів та вимірювання часових інтервалів за допомогою осцилографа.

 

Теоретичні відомості

Будова та принцип дії електронно-променевого осцилографа. Осцилограф призначений для дослідження (спостереження і запису) форми електричних напруг та вимірювання їх параметрів використовується для дослідження змінних у часі будь-яких фізичних величин (струму, напруги, частоти тощо) після перетворення їх в зміну електричної напруги.

Одним із основних вузлів осцилографа є електронно-променева трубка (ЕПТ) (рис.8.1). ЕПТ складається з електронної гармати, електродів для управління яскравістю і фокусом, відхиляючих пластин і флуоресцентного екрана.

Трубки випускаються з електростатичним і електромагніт-ним управлінням. Електронну гармату утворюють підігрівач катода, катод (джерело електронів) і декілька прискорюючих анодів.

Поблизу флуоресцентного екрану встановлений анод, на який подається висока позитивна напруга. Під дією цієї напруги електрони рухаються з прискоренням від катода до анода. Для одержання розгорнутої в часі досліджуваної напруги на екрані осцилографа в ЕПТ розміщено пари пластин: вертикально та горизонтально відхиляючі пластини (на рис.8.1 Y-Y та Х-Х). Якщо на обох парах пластин напруга відсутня, то потік електронів (електронний промінь) від катода попаде в центр екрана і буде висвічувати точку в флуоресцентному шарі.

Якщо на вертикальні пластини подати підсилений досліджуваний сигнал, а на горизонтальні – “пилкоподібну” напругу розгортки від генератора напруги розгортки, то в результаті електронний промінь відобразить на екрані залежність досліджуваного сигналу від часу (рис.8.2.).

Вертикальне зміщення електронного променя задається величиною сигналу, який поступає на вхід осцилографа, а горизонтальне – “пилкоподібним сигналом”, частоту якого (частоту розгортки) можна міняти, підбираючи її так, щоб зручно було спостерігати форму вхідного сигналу.

Рис.8.1. Спрощена структурна схема осцилографа

   

Рис.8.2. Досліджувана напруга на екрані в ЕПТ в режимі лінійної розгортки

 

Для того, щоб зображення досліджуваної періодичної напруги залишалось на екрані ЕТП нерухомим, потрібно, щоб частота пилкоподібної напруги дорівнювала або була в ціле число разів меншою від частоти досліджуваної напруги (тобто період Т_р на рис.8.2 повинен бути рівним або в ціле число разів більший від періоду Т_с).

Крім того, необхідно, щоб кожний період пилкоподібної напруги розгортки починався в моменти (t₁+nT_P), n =1,2,3…, які відповідають переходу через нуль досліджуваної напруги. Необхідно також, щоб в момент стрибкоподібної зміни пилкоподібної наруги від додатніх до від’ємних значень (при поверненні променя в початкову точку) електронний промінь не попав на екран осцилографа, оскільки в цьому випадку на екрані була б лінія, яка перекреслює досліджуваний сигнал. Для виконання цих умов служать схеми синхронізації та управління розгорткою.

Каскад формування блокуючих імпульсів виробляє імпульси, які поступають на керуючий катод (сітку) ЕПТ і гасять промінь під час зворотного ходу “пилкоподібної напруги”. Блок живлення забезпечує живлення напругою всієї схеми пристрою.

Принцип дії осцилографа. Досліджувана напруга подається на вхід Y каналу вертикального відхилення і попадає на вхідний атен’юатор (послаблювач), який зменшує напругу до такої міри, щоб вона підсилювалась підсилювачем без спотворення та обмеження. Підсилювач вертикального відхилення підсилює сигнал до величини, необхідної для відхилення променя по вертикальній осі.

З підсилювача вертикального відхилення на вхід схеми синхронізації при положенні 2 перемикача S₁ подається напруга пропорційна досліджуваній, і в момент (t₁+nT_C), переходу напруги через нуль в схемі синхронізації виробляється короткий імпульс, який надходить в схему управління розгорткою і запускає генератор пилкоподібної (розгортаючої) напруги. Пилкоподібна напруга, підсилена підсилювачем горизонталь-ного відхилення, при положенні 1 перемикача S₂ надходить на горизонтально відхиляючі пластини ЕТП. Такий вид синхронізації називається внутрішньою синхронізацією.

Якщо перемикач S₁ перевести в положення 3 , то синхронізацію можна здійснити від зовнішнього сигналу, безпосередньо не зв’язаного з досліджуваною напругою. В положенні 1 перемикача S₁ синхронізація здійснюється напругою мережі.

Від схеми управління розгорткою на передню панель виведені ручки, за допомогою яких можна зсувати промінь догори – донизу або направо – наліво на екрані осцилографа.

При положенні X перемикача S₂ на вхід підсилювача горизонтального відхилення можна подавати напруги від інших джерел. При цьому генератор пилкоподібної напруги від входу підсилювача відключається.

Якщо подавати на ”Вхід Y” і ”Вхід X” синусоїдні напруги, то на екрані висвічуються так звані фігури Ліссажу (рис.8.3), форма яких залежить від співвідношення частот поданих напруг.

Для вимірювання параметрів сигналів за допомогою осцилографа необхідно знати масштаби їх зображень по верти-кальній та горизонтальній осям екрана осцилографа. Ці масштаби визначаються положеннями ручок подільників (атен’юаторів), які знаходяться перед підсилювачами верти-кального (Y) та горизонтального (X) відхилення, і коефіцієнтами підсилення підсилювачів.

Внаслідок впливу різних факторів коефіцієнти підсилення підсилювачів можуть змінюватися в нешироких межах. Разом з цим будуть змінюватись і масштаби по вертикальній та горизонтальній осях (в осцилографі ці масштаби називаються коефіцієнтами: відхилення вертикального та горизонтального каналів).

У більш електронно-променевих осцилографах  елементи управління, розташовані на лицьовій панелі приладу такі як:

• СЕТЬ" - для включення і виключення приладу з мережі;

• “ЯРКОСТЬ” - установка необхідної яскравості світлового променя ЕПТ;

• “ФОКУС” - фокусування світлового променя ЕПТ;

• “БАЛАНС" - балансування підсилювача вертикального відхилення по постійному струмі;

“↕“ і “↔” - управління зміщенням променя по вертикалі і горизонталі;

Таблиця 8.1

Приклади фігур Ліссажу на екрані осцилографа при синусоїдній розгортці

Співвідношення частот	Фазовий зсув між сигналами на входах X і Y
	0о	90о	180о	270о

 

• “ ” - плавне регулювання чутливості підсилювача вертикального відхилення;

• кнопки або перемикач “1, 10, 100, 1000”, об’єднані написом “ДЕЛИТЕЛЬ” - перемикання вхідного атенюатора для ослаблення вхідного сигналу;

• кнопки або перемикач “20,10,5,2,1” – об’єднані написом “УСИЛЕНИЕ mV/ДЕЛ” – для перемикання чутливості підсилювача вертикального відхилення;

• гніздо “Y” – для підключення досліджуваного сигналу;

• “Уровень” – для регулювання величини сигналу синхронізації кнопки “РАЗВЕРТКА”;

• кнопка “+ –” – для вибору полярності сигналу синхро-нізації розгортки;

• кнопки або перемикач “СЕТЬ”, “ВНЕШН” , “ВНУТР”, об’єднані написом “СИНХРОНИЗАЦИЯ", – для вибору полярності сигналу синхронізації від мережі, внутрішньої або зовнішньої;

• гніздо “Х” – подача сигналу зовнішньої синхронізації;

Підготовка приладу до роботи:

1. До включення приладу в мережу необхідно переконатися у відповідності установки запобіжника напруги живлення мережі. Примітка. Прилад випускається із заводу включеним на 220В.

2. Встановіть елементи управління в наступні положення:

“ЯРКОСТЬ” – проти годинникової стрілки повністю;

“ФОКУС” – в середнє положення;

” ” – проти годинникової стрілки повністю;

3. Заземліть корпус приладу.

4. З’єднаєте кабель живлення приладу з мережею живлення і натисніть кнопку “СЕТЬ “. При цьому спалахує індикатор мережі.

5. Через 2-3 хвилини після включення відрегулюйте яскравість і фокусування лінії розгортки ручками ” ЯРКОСТЬ ” і “ФОКУС ”.

Ручками “↕ ” і “↔ ” перемістіть промінь в бажану точку екрану. Якщо при цьому на екрані немає лінії розгортки, а спо-стерігається тільки точка, то ручками “УРОВЕНЬ” і “СТАБ ” добийтесь появи лінії розгортки.

6. Після прогрівання протягом кількох хвилин збалансуйте підсилювач вертикального відхилення світлового променя. Для цього, не подаючи сигналу закоротіть вхід “Y”, встановіть максимальну чутливість (натиснути “УСИЛЕНИЕ 1mV/ДЕЛ” і “ДЕЛИТЕЛЬ 1”). Поверніть ручку “ ” за годинниковою стрілкою – при цьому зміститься промінь з початкового положення. Ручкою “БАЛАНС” промінь повернути в початкове положення. Після цього прилад готовий до роботи.

 

 Хід виконання вимірювань

1. Ознайомлення з будовою і принципом дій електронно-променевого осцилографа.

2. Подайте на вхід осцилографа сигнал від генератора періодичних сигналів. Проведіть дослідження вхідних сигналів при наступних режимах роботи синхронізації:

Натисніть кнопку “СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНУТР.”. Тривалість розгортки встановіть відповідну очікуваному періоду сигналу, ручку “СТАБ.” поставте в середнє положення. Кнопку “+–” встановіть в необхідне положення (при синхронізації позитивним сигналом кнопка відпущена, при синхронізації негативним сигналом – натиснута). Встановіть розмір зображення на екрані не менше трьох поділок та маніпуляцією ручками “СТАБ." і “РІВЕНЬ” досягніть стійкості зображення і початку розгортки в бажаній точці зображення знайденого сигналу.

Примітка. Необхідно пам’ятати, що в деяких випадках неможливо добитися стійкої синхронізації: за наявності більше двох переходів досліджуваного сигналу через рівень синхронізації за період (за наявності шумів і перешкод в досліджуваному сигналі).

Для синхронізації розгортки натисніть кнопку “СИНХРОНІЗАЦІЯ ВНЕШ.” і подайте зовнішній синусоїдний сигнал від генератора напруги на гніздо “Х”. Встановіть положення кнопки “+– ”.

Для синхронізації від мережі необхідно натиснути кнопку “СИНХРОНІЗАЦІЯ МЕРЕЖІ ”.

3. Отримати зображення одного періоду сигналу в кожному режимі. Зарисувати осцилограми сигналів в масштабі 1:1. Не змінюючи параметрів вихідного сигналу отримати стійке зображення на екрані осцилографа двох і п’яти періодів синусоїдного сигналу в режимі розгортки.

4. Здійснити вимірювання наступних параметрів сигналу:

5. Вимірювання часових інтервалів в режимі лінійної розгортки.

Вимірюваний часовий інтервал встановити в центрі екрана за допомогою ручки “↔”. Кнопки тривалості розгортки і множника тривалості встановіть в таке положення, щоб інтервал часу, що вимірюється, займав довжину на екрані не менше чотирьох поділок шкали. При більшій довжині інтервалу точність вимірювань збільшується. Вимірюваний часовий інтервал визначається добутком трьох величин: довжини вимірюваного інтервалу часу на екрані в поділках шкали часу n_t, на значення 1 поділки шкали lt в відповідності з натисненою кнопкою тривалості розгортки і значення коефіцієнта тривалості розгортки КР в відповідності з положенням кнопок “0,5” і “0,2” (обидві кнопки відпущені – коефіцієнт розгортки рівний 1, натиснута кнопка “0,5” – відповідає коефіцієнту 0,5; натиснута кнопка “0,2” – відповідає коефіцієнту 0,2):

. (8.1)

Вимірювання амплітуди сигналу в режимі лінійної розгортки. Вимірювання амплітуди досліджуваного сигналу U_mх виконується наступним чином. На вхід підсилювача вертикального відхилення подається досліджуваний сигнал. Ручка “ ” повинна бути в крайньому правову положенні. За допомогою ручок “ ↕ ” і “↔” сигнал суміщається з потрібними поділками шкали і вимірюється висота зображення по вертикалі в поділках .

Величина амплітуди досліджуваного сигналу в мілівольтах буде рівна добутку виміряної величини зображення в поділках nU, помножену на чутливість підсилювача кП (у відповідністю з натисненою кнопкою чутливості) і на кратність вхідного атен’юатора кД.

Вимірювання частоти. Частота сигналу f в режимі ліній-ної розгортки визначається за формулою:

, (8.2)

де f – частота сигналу в Гц; n – ціле число періодів сигналу, які найближче вкладаються в 10 поділок шкали; l – число поділок шкали, яке займає ціле число періодів сигналу n; TP – тривалість розгортки осцилографа, при якій відбувається вимірювання частоти сигналу, в секундах.

Частота сигналу f в режимі синусоїдальної розгортки (зовнішня синхронізація) визначається порівнянням частот сигналів поданих на входи X і Y осцилографа по отриманій на екрані фігурі Лісссажу (табл.8.1). Якщо фігура нерухома, то справедливе відношення:

(8.3)

д е fY і fX - відповідно частота сигналу, подана на входи X і Y осцилографа; nx і ny - максимальна кількість перетинів фігури Ліссажу з горизонтальною і вертикальною прямими перерізу (прямі не повинні проходити через вузли фігури).

Рис. 8.4. Визначення частоти по фігурі Ліссажу

- Вимірювання зсуву фаз. Для вимірювання зсуву фаз між двома синусоїдними сигналами першочергово опірний сигнал подають одночасно на входи “Х” та “Y” при увімкненій зовнішній синхронізації. Зображення сигналу встановлюють симетрично нульовій ліній шкали. Ручками “СТАБ” і “УРОВЕНЬ” встановлюють перетин синусоїди з нульовою лінією шкали в початок розгортки і визначають тривалість пері-оду опорного сигналу в поділках шкали (l₁). Потім на вхід “Y” подають сигнал, фазу якого необхідно виміряти, і відраховують зміщення перетину зображення сигналу з нульовою лінією екрана в ділянках (l₂). Зсув фаз визначають за формулою:

(8.4)

6. Результати вимірювань занести до таблиць 8.2…8.5.

Таблиця 8.2

Технічні характеристики засобів вимірювання

Назва засобу вимірювання	Тип (система)	Метрологічні характеристики приладу

 

Таблиця 8.3

Вимірювання амплітуди і періоду сигналу

№	nt	lt	КР	Tс	nU	кП	кД	Um
	Под..	с		с	Под..			mV

 

Таблиця 8.4

Вимірювання частоти в режимі синусоїдної розгортки

№	Фігура Ліссажу	nx	ny	f0	f
				Гц	Гц

 

Таблиця 8.5

Вимірювання частоти і зсуву фаз сигналів

№	n	l	TP	f	l1	l2	φ
		Под.	с	Гц	Под..	Под..	°