metodichka_2796

2796

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Методические указания к лабораторным работам

Рязань 1998

УДК 621.317 (075)

Основы метрологии и измерительная техника: Методические указания к лабораторным работам / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: В.В. Елисеев, В.И. Жулев, В.Г. Кряков, О.В. Лобан, Ю.А. Лукьянов, В.Н. Морозов, Г.А. Садовский, Ю.А. Струтинский; Под ред. А.М. Беркутова и В.И. Жулева. Рязань, 1998. 88 с.

Приведены описания лабораторных работ по основам метрологии и изме- рительной техники. Рассматриваются основные методы измерения электриче- ских величин и параметров цепей, методы исследования измерительных прибо- ров. Изложены способы поверки средств измерений и оценки погрешностей.

Предназначены для студентов специальностей: 0714, 0720, 1905, 1906, 1909, 2002, 2003, 2004, 2007, 2008, 2010, 2012, 2015, 2016, 2101, 2102, 2201, 2205, 2302 дневной и вечерней форм обучения.

Табл. 32. Ил. 73. Библиогр.: 10 назв.

Измеряемая величина, измерение, погрешность, метрология, измеритель- ный прибор, класс точности, оценка результата измерения, амперметр, вольт- метр, генератор, частотомер, фазометр, осциллограф.

Печатается по решению методического совета Рязанской государственной радиотехнической академии.

Рецензент: кафедра ИИТ РГРТА (зам. зав. кафедрой, профессор Е.М. Про-

шин).

2

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий цикл лабораторных работ предназначен для закрепления тео- ретических знаний по дисциплинам, изучающим вопросы метрологии и элек- тронной измерительной техники, приобретения практических навыков работы с измерительными приборами.

В работах предлагаются для освоения методы измерения электрических величин и параметров электро и радио цепей, методы исследования амплитуд- ных и частотных характеристик измерительных приборов, их градуировки и по- верки. Описываются типовые способы оценки погрешностей средств измерений.

Работа в лаборатории метрологии и измерительной техники организована по фронтальному принципу: все студенты выполняют одновременно одну и ту же работу. К каждой лабораторной работе (кроме ознакомительной работы № 1) каждый студент должен заранее подготовиться, выполнив домашнее зада- ние, которое включает в себя: изучение теоретического материала темы (по ре- комендуемой литературе) и контрольных вопросов (в конце описания работы). До начала работы должна быть сделана заготовка отчета по типовой форме (ин- дивидуально).

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Установки и приборы, питаемые от сети переменного и постоянного тока, представляют опасность в отношении поражения электрическим током, в связи с

чем ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1.Включать схему под напряжение без проверки ее преподавателем.

2.Производить какие-либо переключения в схеме и прикасаться к неизо- лированным частям схемы, находящимся под напряжением.

3.Включать схему под напряжение, не предупредив об этом совместно работающих лиц.

4.Загромождать рабочее место предметами, не имеющими отношения к данной лабораторной работе.

5.Оставлять без наблюдения схему или приборы, находящиеся под на- пряжением.

6.Производить включения на главном щите, находящемся в лаборатории.

7.Находиться в лаборатории в верхней одежде.

В случаях аварии или поражения током на рабочем месте, порчи прибо- ров, перегорания предохранителей в приборах и т.п. студенты обязаны немед- ленно выключить рубильник, питающий данную схему, и сообщить о происше- ствии преподавателю или лаборанту, находящимся в лаборатории.

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, знакомые с настоящими правилами.

3

Работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКТА ПРИБОРОВ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоение методики подготовки, настройки и работы с приборами лабораторного стенда, в комплект которого входят:

1)универсальный электронный осциллограф типа С1-72;

2)низкочастотный генератор синусоидальных и импульсных коле- баний типа GAG-810;

3)высокочастотный генератор синусоидальных колебаний.

4)импульсный генератор ИГ (в составе лабораторного стенда);

5)универсальный электронный вольтметр типа В7-26;

6)электронный милливольтметр типа В3-38;

7)электронный вольтметр постоянного напряжения ЭВПН (в соста- ве лабораторного стенда, название на стенде - ламповый вольтметр);

8)цифровой электронный вольтметр типа В7-38;

9)цифровой электронный частотомер типа Ч3-33;

10)блок питания БП (в составе лабораторного стенда).

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

I.Подготовить к работе лабораторный стенд.

II.Подготовить к работе осциллограф С1-72.

III. Настроить электронные вольтметры В7-26 и В3-38.

IV. Проверить функционирование генераторов синусоидальных ко- лебаний.

V. Определить фактический диапазон регулирования источника на- пряжения (0...2)В. блока питания лабораторного стенда с помощью элек- тронного вольтметра В7-26 и цифрового вольтметра В7-38.

VI. Измерить амплитуду выходного сигнала генератора высокой частоты или низкой частоты (частота задается преподавателем) с помощью осциллографа С1-72 и вольтметров В7-26 и В3-38.

VII. Измерить амплитуду выходного сигнала импульсного генератора ИГ (частота и длительность задаются преподавателем) с помощью осцил- лографа С1-72.

VIII.Подготовить к работе цифровой электронный частотомер Ч3-33. IX. Измерить частоту синусоидального и импульсного сигналов, на которой производилось измерение амплитуды осциллографом, с помощью

цифрового электронного частотомера Ч3-33.

4

X. Измерить длительность импульсов, вырабатываемых импульсным генератором ИГ (частота и длительность задаются преподавателем), с по- мощью электронного осциллографа.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

I. Подготовка лабораторного стенда к работе.

Для подготовки приборов к работе включить тумблер “Сеть” на блоке стабилизатора лабораторного стенда ЛРС-1. Загорание лампочки сигнали- зирует о подаче стабилизированного напряжения 220 В на розетки стенда.

II. Подготовка осциллографа типа С1-72 к работе.

Для работы с осциллографом необходимо ознакомиться с назначени- ем органов управления, данные о которых приводятся ниже.

1.Ручка переключателя “V/Дел.” - установка необходимого коэффи- циента усиления и подключение внутреннего калибратора к входу усили- теля вертикального отклонения (УВО) в положении “Калибр.”.

2.Кнопка переключателя - переключение входа УВО:

3.Ручка “ ↨ ” - перемещение луча по вертикали.

4.Коаксиальное гнездо “Вход Y” - вход для подключения иссле- дуемых сигналов на УВО.

5. Ручка “ -” - регулировка яркости луча.

6. Ручка “ ¤ ” - регулировка фокусировки луча.

7.Кнопка “Сеть” - включение и выключение прибора.

8.Ручка “ ↔” - перемещение луча по горизонтали.

9.Ручка переключателя “Время /Дел.” -переключение длительности развертки.

10.Ручка “Стабильность” - выбор режима работы генератора раз- вертки (автоколебательный, ждущий).

11.Ручка “Уровень” - выбор уровня запуска развертки.

5

“ ” - синхронизация внешним сигналом.

14.Кнопка переключателя - переключение входа синхронизатора:

“~ ” (кнопка нажата) - с открытым входом;

“~ ” (кнопка отжата) - с закрытым входом.

15.Кнопка переключателя “Вход Х” - подключение и отключение усилителя горизонтального отклонения к гнезду “Вход синх.”.

16.Гнездо “Вход синх.” - подключение сигнала при внешней син-

хронизации и для подачи внешнего сигнала на усилитель горизонтального отклонения.

После ознакомления с назначением органов управления следует при- ступить к настройке осциллографа. Для этого необходимо нажать кнопку “Сеть” и произвести следующие операции:

1) ручки “ -” , “ ¤ ” , “ ↕ ” , “ ↔ ” , “Уровень” устано- вить в среднее положение;

2)ручку “Стабильность” - в крайнее правое положение;

3)переключатель “V/Дел.” - в положение “10”;

4)переключатель полярности синхронизации - в положение “”;

При этом на экране появится изображение калибрационного напряжения, амплитуда которого должна быть равна 6 делениям по вертикали.

Для проверки калибровки развертки переключатель “Время /Дел.” установить в положение “1 ms” и ручками “Стабильность” и “Уровень” получить устойчивое изображение. На экране должно быть расположено 10 периодов калибрационного напряжения.

III. Подготовка вольтметров типа В7-26 и В3-38.

1. Настройка вольтметра типа В7-26.

Включить тумблер “Сеть”. Переключатель пределов измерения уста- новить в положение “0,3 В”, переключатель рода работ - в положение “-U” или “+U”, клеммы “U” и “ ” закоротить. После этого с помощью ручки “UΩ” установить стрелку на нулевую отметку шкалы

“ U”.

Перевести переключатель рода работ в положение “rx” и проверить нулевое положение стрелки при закороченных клеммах “r” и “ ”, затем

6

разомкнуть клеммы и установить стрелку в положение “∞” на шкале “Ω”

>∞ <

спомощью ручки “ Ω ”.

Перевести переключатель пределов измерения в положение “1 V”,

нуль шкалы “ 1 V” ручкой установки нуля “ V ”. Перед установкой клеммы “U” и “ ” должны быть закорочены, а высокочастотный проб- ник должен находиться в гнезде. После этого прибор готов к работе.

2. Настройка вольтметра типа В3-38.

Настройка данного вольтметра заключается в проверке механическо- го нуля прибора (в выключенном состоянии). Если в этом есть необходи- мость, то с помощью механического корректора, расположенного в центре передней панели, вывести стрелку прибора на нуль.

IV. Проверка функционирования генераторов синусоидальных колебаний высокой и низкой частоты.

1. Проверка низкочастотного генератора.

После включения генератора в сеть переключатель “Множитель час- тоты” установить в положение “×1”, по шкале “Частота” установить 100 Гц. К входу генератора подключить вольтметр В3-38. или осциллограф (по указанию преподавателя). Вращая ручку “AMPLITUDE”, убедиться, о наличии на выходе генератора напряжения. Последовательно устанавливая

2. Проверка высокочастотного генератора.

После включения генератора в сеть для проверки его функциониро- вания необходимо произвести следующие операции:

2.включить тумблер Power ( _┌┐_ ).

3.Тумблер режима модуляции поставить в положение

INT(OUTPUT).

4.Включить один из поддиапозонов (AB…F) частоты.

5.ручку регулировки уровня сигнала PF LEVEL поставить в среднее положение.

6.к выходу генератора PF (OUTPUT) подключить вольтметр или осциллограф и проверить наличие сигнала на его выходе.

Работа с высокочастотным генератором заключается в установке частоты, уровня выходного сигнала и глубину модуляции. Для установки

глубины модуляции тумблер на блоке модулятора установить в положение

EXT (INPUT).

7

Требуемое значение частоты устанавливается включением одного из поддиапозонов(A…F) и ручкой плавного изменения частоты.

Установка выходного напряжения производится плавной регулиров- кой ручкой RF LEVEL.

Для установки глубины модуляции необходимо переключить тумб- лер режима модуляции в положение “EXT.” и с помощью потенциометра уровня модуляции Modulation LEVEL установить по осциллографу глубину модуляции.

V.Подготовка к работе цифрового вольтметра.

2.Переключатели рода работы V=, U , KΩ установить в соот- ветствующее положение V=, U , KΩ.

3.Подключить кабель к входному гнезду →) выбрать соответ- ствующий режим V=, U .

4.После выполнения указанных операций, установив нужный предел, можно подавать на вход вольтметра измеряемое на- пряжение.

VI. Определение диапазона регулирования источника напряжения 0...+2 В. блока питания.

1. Собрать схему согласно рис. 1,а.

Рис. 1. К определению диапазона регулирования источника напряжения 0...2 В блока питания: а - функциональная схема; б - схема соединения приборов с помощью 4-х пар клемм макета

Следует отметить, что для удобства работы по исследованию раз- личных схем, представленных в настоящих лабораторных работах, на ма- кете к работам № 2 и 3 расположены 4 пары клемм: А - А/ ; B - B/ ; C -

8

С/ ; D - D/ . Причем конструктивно правые клеммы А/ , B/ , С/ , D/ соеди- нены между собой, а среди левых клемм соединены между собой лишь первые три: А, В и С. Четвертая же из левых клемм (D) свободна (рис.1, б).

Для того чтобы соединить между собой два или три прибора парал- лельно, необходимо использовать первые три пары клемм А - А/ ; B - B/ ; C - С/ .

Если же нужно соединить параллельно 4 прибора (например, в на- шем случае по рис. 1,а), то клеммы С и D соединяют между собой провод- ником, как это показано на рис. 1,б.

2.Установить ручку регулировки напряжения 0...+2 В в крайнее ле- вое положение. Зафиксировать показания всех вольтметров: ЭВПН, В7-26 и В7-38. Установить ручку регулировки в крайнее правое положение и снова произвести измерение. Результаты из- мерений свести в таблицу.

VII. Измерение амплитуды выходного сигнала генераторов высокой и низкой частоты.

1. Собрать схему согласно рис. 2,а. Соединения рекомендуется про- извести по рис. 2,б.

Рис. 2. Измерение амплитуды выходного сигнала генератора синусоидальных колебаний: а - функциональная схема; б - схема соединения приборов с помощью 4-х пар клемм макета

2. Установить на выходе генератора НЧ (или ВЧ) напряжение 0,5В. (частота задается преподавателем) и произвести отсчет с каждого прибора.

Примечание 1. Вычисление амплитуды синусоидального сигнала при измере- нии с помощью осциллографа производить по формуле:

Uосц = А·n /2.

9

Вычисление действующего значения по формуле U=Um/v2

где n - число делений по вертикали, занимаемых изображением; А - цена деления, оп- ределяемая по положению переключателя “V/Дел.”.

Примечание 2. Шкалы вольтметров В3-38 и В7-26 проградуированы в дейст- вующих (эффективных) значениях синусоидального напряжения.

VIII. Измерение амплитуды выходного сигнала импульсного генератора ИГ лабораторного стенда или низкочастотного генератора в режиме генерации импульсов.

1. Собрать схему согласно рис. 3, а; включить импульсный генератор ИГ лабораторного стенда и осциллограф. Схема соединений показана на рис. 3, б.

Рис. 3. Измерение амплитуды выходного сигнала импульсного генератора стенда : а - функциональная схема; б - схема соединения приборов с помощью 2-х пар

клемм макета

2.После 2-минутного прогрева приборов, повернув ручку регули- ровки амплитуды импульсного генератора на одну треть от край- него левого положения, настроить осциллограф для получения ус- тойчивого изображения импульсов и произвести отсчет амплиту- ды (частота и длительность импульсов задаются преподавателем).

1.Для измерения параметров импульсного сигнала низкочастотного генератора нажать кнопку WAVE FORM установка частоты и ам- плитуды сигнала производиться аналогично Sin напряжению.

IX. Подготовка к работе цифрового электронного частотомера типа Ч3-33.

1.Включить частотомер в сеть.

2.После 2-минутного прогрева частотомера установить тумблер “Внешний пуск” в нижнее положение, ручку “Время индикации” - в сред- нее положение, переключатель “Метки времени / Время измерения” - в

10