Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

qzbZ5oPRL3

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
13.02.2021
Размер:
325.48 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

АНАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2015

УДК.621.317:621.7

Аналоговые измерительные устройства: методические указания к лабо- раторно-практическим занятиям / Сост.: Е. Г. Бишард, В. С. Коновалова, А. В. Минаев. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 32 с.

Рассматривается методика проведения лабораторно-практических занятий по дисциплине «Аналоговые измерительные устройства». Приводится перечень заданий к лабораторно-практическим занятиям. Рассмотрены отдельные темы и примеры лабораторно-практических занятий.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 200100.62 «Приборостроение» профиля подготовки 200105.62 «Информационноизмерительная техника и технологии».

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Лабораторно-практические занятия по дисциплине «Аналоговые измерительные устройства» предназначены для подготовки бакалавров по направлению 200100.62 «Приборостроение», профиль подготовки 200105.62 «Информационно-измерительная техника и технологии». Обучение проводится на 4-м курсе ФИБС в 7-м семестре и включает курс лекционных занятий в объеме 18 ч, практические занятия в объеме 54 ч, а также самостоятельную работу в объеме 72 ч. Полученные знания оцениваются преподавателем на базе результатов выполненных лабораторных работ и по оценкам дифференцированного зачета.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

Знать основные принципы построения и характеристики аналоговых измерительных устройств (АИУ), их достоинства и недостатки.

Уметь выбирать и рассчитывать АИУ на этапе предварительного проектирования, оценивать, в том числе экспериментально, их метрологические характеристики.

Владеть основными методами расчета элементов аналоговых измерительных устройств.

Выбор тем практических занятий и проведение лабораторных исследований, с одной стороны, определяются сложностью усвоения студентами некоторых разделов, предлагаемых в весьма ограниченном по времени лекционном материале, а с другой – обеспечивают изучение последующих учебных дисциплин: «Электроника в измерительных устройствах» и «Измерительные информационные системы».

Лабораторно-практические занятия проводятся в отведенные в учебном плане часы в соответствии с программой дисциплины «Аналоговые измерительные устройства» по следующей схеме: студенты выполняют ряд лабораторных исследований в лаборатории кафедры ИИСТ и активно участвуют в аудиторно-практических занятиях, решая задачи по проектированию элементов АИУ, составляя из них структурные схемы и оценивая метрологические характеристики разработанных устройств.

Далее перечислены вопросы, подлежащие рассмотрению и обобщению, с указанием аудиторных часов, предлагаемые студентам на практических и лабораторных занятиях: расчет аддитивной и мультипликативной погрешности АИУ с различными структурными схемами (4 ауд. ч); анализ влияния выбора электронных узлов на суммарную погрешность АИУ (6 ауд. ч); про-

3

ектирование магнитных экранов и систем с постоянными магнитами (6 ауд. ч); изучение конструкции, основных элементов и узлов электромеханических приборов (9 ауд. ч); построение шкал различных видов электромеханических приборов (6 ауд. ч.); исследование свойств вольтметров на переменном токе (4 ауд. ч); исследование собственного потребления мощности электромеханическими приборами (4 ауд. ч); исследование свойств селективных вольтметров (4 ауд. ч); исследование электронного миллиомметра (3 ауд. ч); исследование электронно-лучевого осциллографа (4 ауд. ч); применение электронно-лучевого осциллографа (4 ауд. ч).

1. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.1. Изучение конструкции, основных элементов и узлов электромеханических приборов

Цель работы: исследование конструкции и знакомство с основными узлами электромеханических приборов (магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического).

Вопросы, подлежащие рассмотрению и обсуждению

1.Ознакомление с конструкцией электромеханического прибора.

2.Описание основных узлов электромеханического прибора и их назна-

чения.

3.Определение типа измерительного механизма.

4.Обоснование влияния конструктивных элементов на метрологические характеристики электромеханического прибора.

Основные положения

Электромеханические приборы относятся к приборам прямого преобразования. Структурная схема таких приборов (рис. 1.1) содержит следующие узлы: ИЦ – измерительная цепь; ИМ – измерительный механизм; ОУ – отсчетное устройство. Указанные узлы расположены, как правило, в общем корпусе.

Х

ИЦ

Y1, Y2

ИМ

α

ОУ

Хп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема электромеханического прибора

В ИЦ происходит преобразование входной величины X в одну или две промежуточные электрические величины Y1, Y2 (чаще всего в ток), воздей-

4

ствующие на измерительный механизм ИМ. ИЦ служит также для расширения пределов измерения и компенсации погрешностей прибора.

В измерительном механизме ИМ электрическая энергия, обусловленная Y1, Y2, преобразуется в механическую энергию поворота подвижной части ИМ. В результате этого создается вращающий момент и происходит поворот подвижной части ИМ в сторону возрастания показаний на угол α. В зависимости от принципа действия ИМ различают следующие типы измерительных механизмов: магнитоэлектрический, электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, электростатический, индукционный.

Отклонение подвижной части ИМ фиксируют с помощью отсчетного устройства ОУ, которое является частью конструкции прибора, предназначенной для отсчета значений измеряемой величины. В электромеханических приборах ОУ состоит из шкалы и указателя: стрелки или светового пятна. По ОУ определяют показания измерительного прибора Xп, т. е. значение вели-

чины X в принятых единицах.

Методика проведения практического занятия

1.Ознакомиться с конструкцией прибора по атласу имеющихся конструкций или посредством разборки реального прибора, выданного преподавателем.

2.Визуально определить местоположение элементов и узлов прибора, их размеры и форму, выявить их назначение.

3.Описать элементы, изменяющие пределы измерения.

4.Описать элементы, осуществляющие температурную компенсацию.

5.Описать элементы, определяющие тип измерительного механизма.

6.Описать элементы, создающие момент вращения.

7.Описать элементы, создающие противодействующий момент.

8.Описать элементы, создающие момент успокоения.

Результаты практического занятия должны быть оформлены в виде отчета и резюме о проделанной работе.

1.2. Проектирование электродинамического измерительного механизма

Цель работы: ознакомление с упрощенной конструкцией измерительного механизма электродинамического прибора и его исследование.

Вопросы, подлежащие рассмотрению и обсуждению

1. Получение аналитических выражений для момента вращения и противодействующего момента.

5

2.Определение зависимости коэффициента взаимной индуктивности M от угла поворота рамки α .

3.Знакомство с методами построения шкалы.

4.Составление электрических схем амперметра, вольтметра, ваттметра на базе измерительного механизма.

Основные положения

Занятие посвящено знакомству с наиболее точными измерительными приборами – электродинамическими, предназначенными для измерения переменных (постоянных) токов, напряжений, мощности, коэффициента мощности.

Упрощенный макет конструкции измерительного механизма (рис. 1.2) состоит из нескольких каркасных неподвижных секционированных катушек НК (начало и конец обмоток обозначены 1–2, 2–5, 5–7, 3–4, 4–6, 6–8), распо-

 

ПК

НК

НК

7

5

2

1 9 10 3

4

6

8

 

Рис. 1.2. Упрощенный макет измерительного механизма

 

ложенных определенным образом в пространстве относительно подвижной катушки ПК (начало и конец обмотки обозначены цифрами 9–10). Особое внимание следует обратить на расположение ПК относительно НК и на возможность изменения ширины НК.

Коэффициент взаимной индуктивности М между НК и ПК зависит от угла поворота рамки ПК. На его значение влияют размеры НК (их ширина) и расстояние между НК и ПК.

Для построения шкалы прибора следует определить выражение для моментов, действующих в приборе (момента вращения и противодействующего момента), для чего необходимо знать зависимость коэффициента взаимной индуктивности от угла поворота ПК.

Методика проведения практического занятия

1. Ознакомиться с конструкцией прибора по атласу имеющихся конструкций или посредством разборки реального прибора, выданного преподавателем.

6

2. Определить зависимость коэффициента взаимной индуктивности от угла поворота ПК с помощью литературных источников, или по данным преподавателя, или опытным путем (по схеме на рис. 1.3).

 

 

ПК

 

R = 50 Ом

 

 

НК

НК

 

mA

 

~220

ЛАТР

IНК

 

mV

 

Рис. 1.3. Схема для определения зависимости коэффициента взаимной индуктивности от угла поворота (mA – миллиамперметр, mV – электронный милливольтметр)

Лабораторный автотрансформатор ЛАТР служит для регулирования тока в неподвижных катушках НК. Для плавной установки тока в неподвижных катушках использован реостат R. ЭДС, наводимая переменным током в подвижной катушке ПК, фиксируется милливольтметром с большим внутренним сопротивлением и определяется следующим выражением:

EПК = ωMIПК,

где ω – угловая частота напряжения питания.

Результаты практического занятия должны быть оформлены в виде отчета и резюме о проделанной работе.

1.3. Исследование магнитных систем с постоянными магнитами магнитоэлектрических приборов

Цель работы: исследование магнитных систем с постоянными магнитами, способов их намагничивания и стабилизации.

Вопросы, подлежащие рассмотрению и обсуждению

1.Знакомство с конструкцией магнитной системы с постоянными магнитами.

2.Методы намагничивания систем с постоянными магнитами.

3.Влияние процесса разборки и последующей сборки системы (намагниченной в собранном виде) на индукцию в ее воздушном зазоре.

4.Графическое определение положения рабочей точки A постоянного магнита на размагничивающем участке гистерезисной кривой Bм = f (Hм )

для материала постоянного магнита.

7

5.Влияние частичного размагничивания на индукцию в зазоре системы.

6.Влияние частичного размагничивания на положение рабочей точки A1

магнита на прямой возврата ρ размагничивающего участка гистерезисной

кривой Bм = f (Hм ).

 

 

 

 

 

Основные положения

Студенты знакомятся с магнитными системами, содержащими постоян-

ные магниты, применяемыми в магнитоэлектрических приборах для создания

постоянного магнитного поля в рабочем воздушном зазоре. Конфигурации

магнитных систем разнообразны и определяются требованиями, предъявляе-

 

 

 

B , Тл

мыми к конкретному типу электроизмери-

 

 

 

м

тельного прибора. Наиболее распростране-

 

 

Br

1,0

 

 

ны магнитные системы с внешним магни-

 

 

 

0,9

 

 

 

0,8

том и с внутренним магнитом.

 

 

 

0,7

 

 

 

 

0,6

Магнитные системы предварительно

 

 

A1

0,5

намагничиваются либо в собранном виде,

 

 

0,4

 

A

ρ

0,3

либо отдельно намагничивается постоян-

 

Hc

 

0,2

ный магнит, а затем производится сборка

 

 

0,1

кА

8 7 6 5 4 3 2 1

 

всей системы в целом. Для стабилизации

Hм, ––м

 

магнитных характеристик выполняется ча-

Рис. 1.4. График зависимости ин-

дукции Bм материала постоянного

стичное размагничивание. Изменение по-

магнита от напряженности маг-

ложения рабочей точки магнита находится

нитного поля Hм (ρ – коэффици-

графическим методом. Для этого должно

 

ент возврата)

 

 

 

быть известно аналитическое выражение

 

 

 

 

или графический вид (рис. 1.4) размагничивающего участка гистерезисной

кривой Bм = f (Hм ).

 

 

 

 

Методика проведения практического занятия

1. Работа может выполняться или посредством графоаналитических построений с использованием характеристик постоянных магнитов Bм = f (Hм ), приводимых в справочниках, или на лабораторной установке в лаборатории.

2. При выполнении работы на лабораторной установке следует предварительно намагнитить до насыщения магнитную систему намотав на нее намагничивающую обмотку НО и подключив к импульсной намагничивающей установке УНИ (рис. 1.5). При работе с намагничивающей установкой необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, а именно:

8

Без преподавателя намагничивающую установку не включать.

Подключать намагничивающую обмотку только при выключенном тумблере «сеть», когда на измерительном приборе, установленном на лицевой стороне установки, напряжение равно нулю и блокировочная коробка снята с лицевой панели полностью.

∙ Тумблер рода операции должен

НО

УНИ

 

находиться в положении «заряд».

1

2

3

3. Измерить индукцию в рабочем

 

 

 

воздушном зазоре Bδ с помощью

Bδ

 

 

теслаамперметра Ф4354.

 

 

4. Намагниченную до насыщения

 

 

 

в собранном состоянии магнитную си-

Рис. 1.5. Схема для намагничивания и

стему разобрать (механически отде-

размагничивания

 

 

 

 

 

лить от постоянного магнита полюсные наконечники и сердечник) и вновь ее собрать, после чего измерить индукцию в воздушном зазоре системы Bδ.

5. Для исследования вопросов стабилизации магнитной системы частично размагнитить ее импульсами противоположной по сравнению с намагничиванием полярности и существенно меньшей амплитуды. Исследование происходит по следующему алгоритму:

Намагнитить систему.

Измерить индукцию в зазоре.

Изменить полярность подводимого к намагничивающей обмотке напряжения (к клемме 1 подключить конец НО).

Перевести тумблер на крышке УНИ в положение «заряд». Как только напряжение на приборе станет равным 40 В, перевести этот тумблер в положение «разряд».

Измерить индукцию в зазоре системы.

Зарядить установку до 20 В и пропустить разрядный импульсный ток в HO, не меняя его полярности.

Вновь измерить индукцию в зазоре.

Результаты практического занятия должны быть оформлены в виде отчета и резюме о проделанной работе.

1.4.Вопросы для самопроверки по практическим работам

Кработе 1.1

1. Какие элементы участвуют в создании противодействующего момента?

9

2. Какие способы создания момента успокоения вы знаете?

К работе 1.2

1.Перечислите составляющие погрешности электродинамического измерительного механизма на постоянном и переменном токе.

2.Какие данные необходимы для построения шкалы прибора?

3.Почему для определения взаимной индуктивности следует использовать электронный вольтметр или баллистический гальванометр?

4.Чем вызвано включение в цепь подвижной катушки ПК добавочного сопротивления?

К работе 1.3

1.Какими соображениями руководствуются при выборе конфигураций магнитной системы и материала постоянного магнита?

2.Почему стремятся намагничивать систему в сборке?

3.Зачем применяется частичное размагничивание?

4.В какой точке на гистерезисной диаграмме постоянного магнита следует работать и почему?

5.Укажите простейший метод расчета системы с постоянными магнитами и его особенности.

2.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

2.1. Исследование свойств вольтметров на переменном токе

Цель работы: ознакомление со свойствами вольтметров на переменном токе.

Задание

1.Определить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) электронного и электромеханического вольтметров в диапазоне частот 20 Гц...10 кГц.

2.Определить влияние формы кривой на показания выпрямительного прибора для нескольких форм сигнала по заданию преподавателя.

3.Определить тип входного преобразователя (амплитудный детектор, детектор средних значений или детектор действующих значений) электронного и цифрового вольтметров.

Основные положения

Вольтметры переменного тока в зависимости от их принципа действия и структурной схемы обладают различными метрологическими свойствами, и в

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]