MSiS-2019_ch2
.pdf
3.2.Порядок выполнения работы
1)Изучить теоретический материал, необходимый для выполнения лабораторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавателя допуск к выполнению лабораторной работы.
2)Согласно схеме, приведенной на рис. 3.4, выполнить электрические соединения модулей для изучения ЦАПа на основе матрицы R-2R. Монтаж схемы производить при отключенном питании.
Рис. 3.4. Схема электрическая соединений лабораторных модулей для изучения ЦАПа на основе матрицы R-2R
Использовать PV1 – мультиметр 2 (Sanwa PC500) модуля «Измерительный блок» в режиме измерения постоянного напряжения.
3) Рассчитать значения выходного напряжения Uрасч при различных комбинациях тумблеров 1, 2, 4, 8, используя формулы:
|
|
Uоп D |
|
|||
Uрасч |
|
|
|
; |
(3.8) |
|
16 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
D p 2 p |
2 |
4 p 8 p |
, |
|||
|
1 |
|
3 4 |
|
||
20
где D – десятичное значение комбинации тумблеров;
p1 – значение 1 или 0 при соответствующем положении тумблера «1»; p2 – значение 1 или 0 при соответствующем положении тумблера «2»; p3 – значение 1 или 0 при соответствующем положении тумблера «4»; p4 – значение 1 или 0 при соответствующем положении тумблера «8»;
Uоп – опорное напряжение (Uоп 5 В).
Расчетные данные Uрасч занести в табл. 3.1. Включить автоматический
выключатель и устройство защитного выключения «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр.
4) В соответствии с табл. 3.1 последовательно устанавливая указанные комбинации тумблеров, заносить показания вольтметра PV1 (Uэксп ) в соответствующие ячейки той же таблицы.
Таблица 3.1
Результаты измерений и расчетов выходного напряжения при различных положениях тумблеров
Номер |
|
Положение тумблеров |
|
Uэксп , |
Uрасч , |
|||
комбинации |
1 |
|
2 |
4 |
|
8 |
В |
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0 |
|
1 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1 |
|
1 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
1 |
|
0 |
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
1 |
|
1 |
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
0 |
|
1 |
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
1 |
|
0 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
0 |
|
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21
5)После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо отключить питание стенда, разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправности преподавателю или лаборанту.
6)Сравнить экспериментальные Uэксп и расчетные Uрасч данные (см.
табл. 3.1), сделать вывод.
3.3.Контрольные вопросы
1)Какую функцию выполняет цифроаналоговый преобразователь?
2)Назовите разновидности ЦАПов.
3)Для чего к выходу ЦАПа с суммированием токов подключают операционный усилитель?
4)Приведите схему ЦАПа на основе матрицы R-2R.
Лабораторная работа 4
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА ПРИ ПОМОЩИ ШУНТА И ДОБАВОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Цель работы: изучить методы расширения пределов измерения приборов магнитоэлектрической системы (амперметра и вольтметра), оценить погрешность, вводимую шунтом и добавочным сопротивлением.
4.1. Основные теоретические сведения
Перед выполнением лабораторной работы необходимо ознакомиться с разделом «Основные сведения». В практике электрических измерений бывает необходимо измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений. Чтобы использовать измерительные механизмы для различных пределов измерения токов, напряжений и других величин, широко применяются масштабные измерительные преобразователи, в частности, шунты (включаются параллельно измерительным механизмам) и добавочные сопротивления (включаются последовательно с измерительными механизмами).
Если сила тока, протекающего в цепи, превышает предельно допустимый ток амперметра, то для того чтобы этот амперметр использовать в данной цепи, применяется метод шунтирования. Его суть заключается в подключении парал-
22
лельно амперметру шунтирующего сопротивления |
ш. В этом случае часть тока |
|
пойдет через амперметр |
А, часть – по шунтирующему сопротивлению ш, а |
|
сумма этих токов равна полному току в электрической цепи I0: |
||
|
0 = А + ш. |
(4.1) |
Отсюда следует формула расчета шунтирующего сопротивления:
I0 |
I A |
I A· |
rA |
, |
(4.2) |
|
|||||
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
ш |
|
|
где rA – сопротивление амперметра. Отсюда:
R |
rA |
, |
(4.3) |
ш |
n 1 |
|
где n – коэффициент шунтирования, показывающий, во сколько раз ток в цепи превышает предельный ток амперметра.
Для расширения пределов измерения вольтметра используется последовательное подключение к нему добавочного сопротивления, которое вместе с сопротивлением вольтметра образует фиксированный делитель напряжения. Коэффициент деления m должен соответствовать отношению напряжения, которое необходимо измерить, к предельному напряжению вольтметра:
m |
U0 |
, |
(4.4) |
|
|||
UV |
|
||
где 0 – напряжение в измеряемой цепи;
UV – предельное напряжение вольтметра.
Полное напряжение равно сумме напряжений на вольтметре и добавочном сопротивлении:
U0 UV Uд , |
(4.5) |
где Uд – падение напряжения на добавочном сопротивлении.
23
Напряжения на сопротивлении вольтметра и на добавочном сопротивлении пропорциональны величинам их сопротивлений:
|
UV |
|
rV |
; |
(4.6) |
|
|
||||
|
Uд Rд |
|
|||
Rд rV (m 1), |
(4.7) |
||||
где rV – внутреннее сопротивление вольтметра.
Амперметр с шунтирующим сопротивлением и вольтметр с добавочным сопротивлением следует рассматривать как новые приборы с расширенными диапазонами измерения. Для расширения пределов измерения тока электромагнитных амперметров шунты не применяются.
4.2.Порядок выполнения лабораторной работы
1)Изучить теоретический материал, необходимый для выполнения лабораторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавателя допуск к выполнению лабораторной работы.
2)Согласно схеме, приведенной на рис. 4.1, выполнить электрические соединения модулей для изучения расширения пределов измерения вольтметра при помощи добавочного сопротивления. Монтаж схемы производить при отключенном питании.
Рис. 4.1. Схема электрическая соединений лабораторных модулей и магазина сопротивлений для изучения расширения пределов измерения вольтметра при помощи добавочного сопротивления
24
Использовать следующие приборы:
PV1 – вольтметр модуля «Трансформатор тока и напряжения. Приборы магнитоэлектрической системы»;
PV2 – мультиметр 2 (Sanwa PC500) модуля «Измерительный блок» в режиме измерения постоянного напряжения;
Rд – магазин сопротивлений, используемый в качестве добавочного соп-
ротивления.
Магазин сопротивлений состоит из шести декад, которые соединены последовательно. Значение сопротивления магазина Rд следует определять, сум-
мируя результаты умножения чисел на лимбах, указываемых стрелками, на множители у стрелок.
3) По формуле (4.7) рассчитать добавочное сопротивление Rд , расширя-
ющее пределы измерения вольтметра PV1 в m раз (по заданию преподавателя). Установить значение добавочного сопротивления Rд на магазине сопротивле-
ний. Внутреннее сопротивление вольтметра PV1 измерить при помощи мультиметра Sanwa PC500.
4) Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр. Увеличивая входное напряжение от 0 до +14 В (ручкой регулировки «0…+15 В» модуля «Модуль питания»), заносить показания вольтметров PV1 и PV2 в табл. 4.1.
Таблица 4.1 Показания вольтметров при увеличении и уменьшении тока в цепи
Номер опыта |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
UPV1ув, В |
|
|
|
|
UPV1ум, В |
|
|
|
|
UPV2ув, В |
|
|
|
|
UPV2ум, В |
|
|
|
|
цепи;
UPV2ув
зания
Примечание. UPV1ув – показания вольтметра PV1 при увеличении тока в UPV1ум – показания вольтметра PV1 при уменьшении тока в цепи;
– показания вольтметра PV2 при увеличении тока в цепи; UPV2ум – покавольтметра PV2 при уменьшении тока в цепи.
25
5)Уменьшая входное напряжение от +14 до 0 В (ручкой регулировки «0…+15 В» модуля «Модуль питания»), заносить показания вольтметров PV1 и
PV2 в табл. 4.1. Провести измерения при тех же значениях напряжения UPV1ув (см. табл. 4.1).
6)Согласно схеме, представленной на рис. 4.2, выполнить электрические соединения модулей для изучения расширения пределов измерения амперметра при помощи шунта. Монтаж схемы производить при отключенном питании.
Рис. 4.2. Схема электрическая соединений лабораторных модулей и магазина сопротивлений для изучения расширения пределов измерения амперметра при помощи шунта
Использовать следующие приборы:
PA1 – амперметр модуля «Трансформатор тока и напряжения. Приборы магнитоэлектрической системы»;
PA2 – мультиметр (Mastech MY64) модуля «Измерительный блок» в режиме измерения постоянного тока с пределом до 200 мА;
Rн1 – нагрузочный резистор модуля «Элементы ЦАП и АЦП»; Rш – магазин сопротивлений, используемый в качестве шунта.
7) По формуле (4.3) рассчитать сопротивление шунта Rш , расширяющее пределы измерения амперметра PA1 в n раз (по заданию преподавателя). Установить значение сопротивления шунта Rш на магазине сопротивлений. Внутреннее сопротивление амперметра измерить при помощи мультиметра Sanwa PC500.
8) Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр. Увеличивая силу тока в цепи от 0 до 150 мА (ручкой регулировки «0…+15 В» модуля «Модуль питания»), заносить показания амперметров PA1 и PA2 в табл. 5.2.
26
Таблица 4.2
Показания амперметров при увеличении и уменьшении тока в цепи
Номер опыта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
IPА1ув, мА |
|
|
|
|
|
IPА1ум, мА |
|
|
|
|
|
IPА2ув, мА |
|
|
|
|
|
IPА2ум, мА |
|
|
|
|
|
Примечание. IPА1ув – показания амперметра PА1 при увеличении тока в цепи; IPА1ум – показания амперметра PА1 при уменьшении тока в цепи; IPА2ув – показания амперметра PА2 при увеличении тока в цепи; IPА2ум – показания амперметра PА2 при уменьшении тока в цепи.
9)Уменьшая силу тока в цепи от 150 до 0 мА (ручкой регулировки «0…+15 В» модуля «Модуль питания»), заносить показания амперметров PA1 и PA2 в табл. 4.2. Провести измерения при тех же значениях тока IPА1ув (см.
табл. 4.2).
10)Рассчитать средние значения напряжения (измеренные цифровым и аналоговым вольтметрами) для каждого пункта измерения табл. 4.1 по формулам:
|
U |
|
|
U PV 1ув U PV 1ум |
; |
|
(4.8) |
||||
|
PV 1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
U |
|
|
|
U PV 2 ув U PV 2 ум |
. |
|
(4.9) |
|||
|
PV 2 |
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Полученные значения занести в табл. 4.3. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.3 |
|
Расчетные значения в опыте с вольтметром |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Номер опыта |
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
4 |
||
UPV1, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UPV2, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UДРV1, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ1, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27
11) Так как пределы измерения вольтметра PV1 расширены в m раз, то |
||
необходимо рассчитать действительные значения напряжения |
ДPV1 |
по формуле: |
|
||
UДPV 1 mU PV 1 . |
|
(4.10) |
Полученные значения занести в табл. 4.3.
12) Рассчитать относительную погрешность δ1 измерения напряжения
UДPV 1 по формуле: |
|
||
|
x x0 |
·100 % . |
(4.11) |
|
|||
|
x0 |
|
|
При расчете относительной погрешности необходимо считать вольтметр |
|||
PV2 эталоном. Полученные значения занести в табл. 4.3. |
|
||
Выбрать максимальное значение относительной погрешности δ1 измерения напряжения, сравнить с классом точности вольтметра PV1. Сделать вывод о погрешности измерения напряжения, вводимой добавочным сопротивлением.
13) Рассчитать средние значения тока для каждого пункта измерения
табл. 4.2 по формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
I |
|
|
IPV 1ув IPV 1ум |
; |
|
(4.12) |
|||||
|
|
PV 1 |
2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
I |
|
|
|
IPV 2 ув IPV 2 ум |
. |
|
(4.13) |
||||
|
|
PV 2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Полученные значения занести в табл. 4.4. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.4 |
|
|
|
Расчетные значения в опыте с амперметром |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
|
|
опыта |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IPA1, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IPA2, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IДРA1, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ2, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28
14) Так как пределы измерения амперметра PA1 расширены в n раз, то необходимо рассчитать действительные значения тока IДРA1 по формуле:
IДPA1 nIPA1 . |
(4.14) |
Полученные значения занести в табл. 4.4.
15) Рассчитать относительную погрешность δ2 измерения тока IДPV1. Считать амперметр PA2 эталоном. Полученные значения занести в табл. 4.4.
Выбрать максимальное значение относительной погрешности δ2 измерения тока, сравнить с классом точности амперметра PA1. Сделать вывод о погрешности измерения тока, вводимой шунтом.
4.3.Контрольные вопросы
1)Приведите определение пределов измерения.
2)Каково назначение шунтов и добавочных сопротивлений?
3)Как определить параметры шунтирующих и добавочных сопротивлений?
4)Каким образом добавочные и шунтирующие сопротивления подключаются к измерительным приборам?
Лабораторная работа 5
ИЗМЕРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА
Цель работы: ознакомление с методами измерения параметров электрических сигналов различной формы с помощью электронного осциллографа, изучение принципов работы пиковых (амплитудных) детекторов.
5.1. Основные теоретические сведения
Электронные осциллографы используются в качестве приборов для визуального наблюдения и записи периодических электрических сигналов. В настоящей работе измерения проводятся с помощью двухканального цифрового USB- осциллографа. К числу основных параметров электрических сигналов, которые можно измерить с помощью осциллографа, относятся период, частота, амплитуда сигнала.
29