Конспект по Метрологии / Элек. изм

Лабораторна робота № 4

Вимір параметрів лінійних компонентів ланцюгів

Мета роботи - вивчення методів виміру параметрів лінійних компонентів, а також основних технічних характеристик, устрій та застосування вимірника імітансних параметрів Е7-15.

Програма роботи включає вимір параметрів резисторів, конденсаторів і котушок індуктивності. Передбачено статистичну обробку результатів вимірів і розрахунок похибок вимірів.

4.1. Метод виміру імітансних параметрів лінійних компонентів

До імітансних параметрів електро- і радіокомпонентів електричних ланцюгів відносять: опір R або провідність G=1/R, індуктивність L, ємність C. Крім них іноді потрібно вимірювати також відносні параметри: фактор втрат D (тангенс кута втрат) або добротність Q=1/D.

Повний опір Z R jX містить у загальному випадку активну R і реактивну X компоненти (рис. 4.1). Якщо реактивний опір носить

- кругова частота, а f - частота, на якій проводять вимір. При індуктивному

41

Вимірник імітанса Е7-15 призначений для виміру імітансних параметрів електрорадіокомпонентів: резисторів, конденсаторів, котушок індуктивності.

Структурна схема приладу наведена на рис. 4.3. Напруга робочої частоти генератора подається на вимірюваний об'єкт, що підключений до перетворювача Y Uт,Uн. Перетворювач формує дві напруги, одна з яких

Uт пропорційна току, що протікає через вимірюваний об'єкт, а інша Uн напрузі на ньому. Відношення комплексних амплітуд цих напруг дорівнює повної провідності Y або повному опору Z.

Рис. 4.3. Структурна схема вимірника імітанса Е7-15

Вимір відношення напруг проводиться апаратно-програмним логометром. Його апаратна частина складається із двох комутаторів S1 і S2, масштабного підсилювача, перемножника, фільтра нижніх частот і цифрового вольтметра, що використовує метод подвійного інтегрування. Підсумком роботи програмної частини логометра є розрахунок відношення напруг.

На рис. 4.4 зображені вектори U т иUн та опорні допоміжні напруги Uоп

і jUоп.

Проекції векторів U т иUн на опорну напругу Uоп і jUоп виділяються за

допомогою перемножника і фільтра нижніх частот, після чого виміряються в деякому довільному масштабі цифровим вольтметром. Повна провідність визначається вираженням

42

де G - активна провідність, B - реактивна провідність, I і U - комплексні амплітуди струму й напруги на досліджуваному елементі, kY -відомий

коефіцієнт, що має розмірність провідності, U x - чисельник вимірюваного

Рис. 4.4. Векторна діаграма напруг

Аналогічні співвідношення мають місце для обчислення повного опору

При вимірі високоомних об'єктів (1-4 межі виміру), коли генератор сигналу є джерелом напруги, переважніше здійснювати вимір у вигляді

складових повної провідності U x U т, U0 Uн .

У випадку виміру низькоомних об'єктів джерело сигналу працює як генератор струму (5-8 межі виміру) і більше зручним є вимір у формі

складових повного опору U x Uн, U0 U т . Необхідна форма імітансу

досягається перерахуванням з первинної форми (G, B або R, X) і здійснюється контролером. Розширення меж виміру досягається за рахунок зміни коефіцієнта передачі підсилювального тракту логометра при вимірі складової

U x в 10, 100 і 1000 разів.

43

З виходу підсилювача гармонійна напруга Um sin 0t , пропорційна

струму Uт або напрузі Uн залежно від стану перемикача S1, надходить на перемножник. На другий вхід перемножника надходить опорна напруга з генератора: U0 sin 0t або U0 cos 0t залежно від стану перемикача S2.

При цьому на виході перемножника одержують відповідно напруги

Um sin і називаються квадратурними компонентами, виміряються по черзі

цифровим вольтметром. Косинусні складові дозволяють визначити компоненти E і S, а синусні компоненти F і T (рис. 4.3). Обмірювані значення вводяться в блок управління, після чого проводиться обчислення по формулах (2) або (3).

4.2. Короткий опис характеристик вимірника імітансу Е7-15

Вимірник імітансу Е7-15. Прилад призначений для автоматичного виміру параметрів конденсаторів, котушок індуктивності та резисторів на частотах 100 Гц і 1 кгц. Основні вимірювані величини і межі вимірів дані в табл. 4.1 і 4.2.

Межі допустимих значень основної похибки виміру імітансних параметрів на частотах 0.1 і 1 kHz повинні дорівнювати значенням, зазначеним у табл. 4.3-4.10. C', L', R', G' максимальні значення вимірюваних на кожній з меж величин (табл. 4.1 і 4.2).

44

45

46

Таблиця 4.10

4.3. Опис лабораторного макета

Лабораторний макет використовують для вимірів приладом Е7-15. Він містить: 30 резисторів, кожний з яких за допомогою перемикачів S1 ...S3 можна підключити до гнізд Rx; 30 конденсаторів, що підключають тими ж перемикачами до гнізд Сх; конденсатор з діелектриком із сегнетокераміки, з'єднаний із гніздами СЕГНЕТОКЕРАМІЧНИЙ КОНДЕНСАТОР, а також котушку індуктивності із сердечником з фериту, підключену до гнізд КОТУШКА З ФЕРОМАГН. СЕРДЕЧНИКОМ.

4.4. Завдання і вказівки до виконання роботи

Проведення вимірів. Прилад Е7-15 може вимірювати активні й реактивні параметри імітансів вимірюваних об'єктів по паралельній (на 1-4 межах виміру) або послідовній (на 5-8 межах виміру) еквівалентній схемі. Відносні параметри виміряються у формі фактора втрат D або добротності Q.

Включіть прилад і перед початком вимірів установіть за допомогою кнопок на передній панелі приладу наступні режими: ПАРАМЕТР R/G, МЕЖА A (автоматичний вибір), ЧАСТ 1 kHz, ЗРУЩЕННЯ ВИКЛ.

Для проведення вимірів досить підключити вимірюваний об'єкт до затисків і встановити потрібний режим виміру. Натисканням кнопки ПАРАМЕТР користувач може встановити прилад у режим виміру реактивної складової імітансу (L або C), активної (R або G) або в режим виміру відносного параметра (D або Q).

Кнопкою ЧАСТ установити необхідну частоту 100 Hz або 1 kHz.

При вимірі ємності електролітичних конденсаторів натисканням кнопки ЗРУЩЕННЯ можна подати поляризуючу напругу плюс 4.8 В (з боку виводів

I, U).

При натисканні кнопки МЕЖА прилад робить автоматичне перемикання меж з 1 по 8 і установку приладу в режим автоматичного

47

вибору межі виміру. Номер установленої межі й режим автоматичного вибору відображується при цьому на дисплеї приладу (1…...8, А). Для установки необхідної межі виміру необхідно відпустити кнопку МЕЖА в той момент часу, у який на дисплеї відображується необхідний номер межі (або режим автоматичного вибору межі).

При необхідності довідатися номер установленої межі потрібно нажати кнопку МЕЖА, зчитати номер межі й відпустити кнопку до моменту зміни межі (близько 1.5 с). Знаходження приладу в режимі ручної установки межі відображується запалюванням світлодіодного показника ФІКС.

Якщо межа встановлена вручну приводить до перевантаження вимірювального ланцюга, на дисплеї приладу з'являється символ ПРГР.

4.4.1. Вимір опорів резисторів приладом Е7-15

Підготовка приладу до роботи. Перед вимірами включіть прилад. Перемикачі ПАРАМЕТР установіть в положення RG, ЧАСТ 1 kHz, МЕЖА A, ЗРУШЕННЯ ВИКЛ. Одне із гнізд Rx лабораторного макета за допомогою сполучного кабелю підключіть до гнізд I, U приладу; іншої – до гнізд I , U .

Вимір опорів резисторів. Змінюючи положення перемикачів, по черзі виміряйте опори 30 резисторів, запишіть результати вимірів. Розрахуйте статистичні параметри, що характеризують розкид їхніх значень: середнє значення опору R , середнє значення відхилення R від номінального

інтервал) з довірчою ймовірністю . Для визначення 1 й 2 необхідно знати закон розподілу випадкової величини R / Rном. При малому об'ємі вибірки

m він відповідає розподілу Стьюдента, а при m асимптото наближається

до нормального.

Визначте границі довірчого інтервалу, користуючись коефіцієнтом Стьюдента t( ,m ), що представляє собою табульоване значення інтегралу

Стьюдента:

Задайтеся =0,95. Тоді при m=30 значення t(0,95;30) =2,042. Результати вимірів і розрахунків оформте у вигляді табл. 4.11.

48

4.4.2. Вимір ємностей конденсаторів приладом Е7-15

Перемикачі ПАРАМЕТР установіть в положення LC, ЧАСТ 1 kHz,

МЕЖА A, ЗРУЩЕННЯ ВИКЛ. Одне із гнізд Сх за допомогою сполучного

кабелю підключіть до гнізд I, U приладу, інший – до I , U .

Змінюючи положення перемикачів, по черзі виміряйте ємності 30

розрахунків оформите у вигляді табл. 4.12.

4.4.3. Вимір ємності і фактора втрат сегнетокерамічного конденсатора

З'єднайте гнізда I, U і I , U c гніздами СЕГНЕТОКЕРАМІЧНИЙ КОНДЕНСАТОР лабораторного макета. Перемикачі ПАРАМЕТР установіть в положення LC, ЧАСТ 1 kHz, МЕЖА A, ЗРУЩЕННЯ ВИКЛ. Запишіть обмірюване значення ємності конденсатора, схему виміру (послідовна або паралельна - у лівому верхньому куті приладу Е7-15). Спишіть також межу, на якому проводився вимір. Для цього натисніть на короткий проміжок часу (менш 1.5 с) кнопку МЕЖА й спишіть показання індикатора (цифра в межах 1-8). При тривалому натисканні клавіші МЕЖА відбувається послідовне

перемикання межі виміру і для його відновлення потрібно втримувати клавішу МЕЖА до появи символу А. Після цього потрібна межа виміру буде встановлена автоматично. Для перевірки встановленої межі знову на

короткий проміжок часу натисніть клавішу МЕЖА та зчитайте встановлене значення межі.

Перемкніть клавішу ПАРАМЕТР у положення DQ. Виміряйте значення

фактора втрат і спишіть значення межі виміру.

Повторіть вимір ємності й фактора втрат конденсатора на частоті

100 Hz, для чого скористайтеся клавішею ЧАСТ. Не забудьте при цьому

записувати номер межі, на якій проводився вимір і вид схеми виміру: послідовна або паралельна - у лівому верхньому куті приладу Е7-15.

Розрахуйте межі значення похибки, що допускається, виміру ємності й

фактора втрат на двох частотах. Для цього скористайтеся технічними

характеристиками приладу, наведеними в п. 4.2. За обмірюваним значенням ємності й фактора втрат розрахуйте також значення опору або провідності

втрат конденсатора для двох частот. Для цього скористайтеся матеріалами

п.4.1.

При записі результатів вимірів і їхніх похибок необхідно, щоб їхні нижчі

розряди були однакові, а в числових значеннях показників точності було не

більше двох значущих цифр. При цьому, якщо значення похибки починається із цифр 1 або 2, то округлення похибки робиться до двох

значущих цифр, a у противному випадку - до однієї цифри. Результати зведіть у табл. 4.13.

49

4.4.4. Вимір індуктивності й фактора втрат котушки з феромагнітним сердечником

З'єднайте гнізда I, U і до I , U приладу із гніздами КОТУШКА З

ФЕРОМАГН. СЕРДЕЧНИКОМ лабораторного макета. Перемикачі ПАРАМЕТР установіть в положення LC, ЧАСТ 1 kHz, МЕЖА A, ЗРУШЕННЯ ВИКЛ. Запишіть обмірюване значення індуктивності котушки, схема виміру (послідовна або паралельна - у лівому верхньому куті приладу Е7-15). Спишіть також межу, на якій проводився вимір. Для цього натисніть на короткий проміжок часу (менш 1.5 с) кнопку МЕЖА і спишіть показання індикатора (цифра в межах 1-8).

Перемкніть клавішу ПАРАМЕТР у положення DQ. Виміряйте значення фактора втрат і спишіть значення межі виміру.

Повторіть вимір індуктивності й фактора втрат котушки на частоті 100 Hz, для чого скористайтеся клавішею ЧАСТ. Не забудьте при цьому

записувати номер межі, на якій проводився вимір і вид схеми виміру:

послідовна або паралельна - у лівому верхньому куті приладу Е7-15. Розрахуйте межі значення похибки, що допускається, виміру індуктивності й

фактора втрат на двох частотах. Для цього скористайтеся технічними

характеристиками приладу, наведеними в п. 4.2. За обмірюваним значенням індуктивності й фактора втрат розрахуйте також значення опору втрат котушки, її добротність. Скористайтеся для цього матеріалами п. 4.1. Визначите також похибка визначення добротності для двох частот по формулі Q D / D2 .

Результати зведіть у табл. 4.14.

4.5. Зміст звіту

Звіт повинен містити структурну схему приладу, векторні діаграми й основні розрахункові співвідношення; результати вимірів і розрахунків по

всіх пунктах роботи, оформлені у вигляді таблиць; короткі висновки й аналіз отриманих результатів.

4.6. Форми таблиць, що рекомендуються.

50