МУ по метрологии-1 / МУ_однокризм,методпогр

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирский государственный университет путей сообщения

Оценивание погрешностей измерений электрических величин

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Новосибирск 2012

УДК 6210.317.3 (076.5)

Оценивание погрешностей измерений электрических величин. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Метрология,

стандартизация и сертификация»: Методические указания к лабораторным работам / Сост. А.А. Данилина, К.В. Канифадин. - Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2012. - 36с.

Рассмотрены краткие теоретические сведения по измерениям электриче- ских величин и их параметров, требования к средствам измерений электриче- ских величин и их метрологические характеристики. Приведены практические задания, необходимые для выполнения лабораторных работ по измерениям электрических величин.

Предназначены для студентов по направлению подготовки 221700 «Стан- дартизация и метрология» при изучении дисциплин «Общая теория измере- ний», «Метрология», а также для других специальностей и направлений подго- товки студентов, изучающих дисциплину «Метрология, стандартизация и сер- тификация».

Рассмотрен и рекомендован к печати на заседании кафедры «Электротех- ника, диагностика и сертификация».

Отве тс тве нн ый реда кто р доц., канд. техн. наук Е.В. Лесных

Ре цен зен т Зав. кафедрой «Физика», доц., к.т.н. Рогов И.И.

©А.А. Данилина, К.В. Канифадин, сост., 2012

©Сибирский государственный университет путей сообщения

2

3

ВЕДЕНИЕ

Разработка, изготовление и эксплуатация различных технических уст- ройств и объектов неизбежно связаны с выполнением большого числа измере- ний. При этом получаемая измерительная информация используется как для собственно измерения, так и для выработки соответствующих управляющих действий, логических заключений и суждений в таких процедурах, как управ- ление, контроль, диагностирование, идентификация и т.п. Очевидно, что выбор методов и средств измерения в каждом конкретном случае должен обеспечи- вать получение требуемых показателей качества конечного результата. Таким образом, перед студентом встает задача правильного выбора метода и средства измерения, должной организации измерительного эксперимента, обработки и представления результатов измерений в соответствии с принципами метроло- гии и действующими в этой области нормативными документами.

Методические указания содержат теоретические сведения и лаборатор- ный практикум, необходимые для изучения вопросов измерения электрических величин и оценивания погрешностей при измерении электрических величин.

4

Лабораторная работа № 1 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

1Цель работы: провести измерения амплитуды и частоты электрическо- го сигнала, оценить погрешности измерения.

2Решаемые задачи:

−ознакомиться с устройством и работой осциллографа;

−провести измерения амплитуды электрического сигнала;

−провести измерения частоты электрического сигнала;

−оценить погрешность измерения частоты электрического сигнала;

−оформить результаты работы.

3Приборы: осциллограф АСК-7022; генератор АНР-1002.

4Теоретические сведения

Измерения напряжения и силы электрического тока – наиболее распро- страненный вид измерений. Эти измерения осуществляются в широком диапа- зоне частот – от постоянного тока и инфранизких частот (сотые доли герца) до сверхвысоких частот (ГГц) и в диапазоне измеряемых значений напряжения и силы электрического тока – соответственно от нановольт и наноампер до сотен киловольт и килоампер при большом разнообразии форм измеряемого напря- жения и электрического тока.

Измерение постоянных напряжения и силы электрического тока заключа- ется в нахождении их значений и определении полярности. Целью измерения переменных напряжения и силы электрического тока является нахождение ка- кого-либо их параметра – амплитуды, частоты, фазового сдвига, и т.д. [1]

Для исследования формы и измерения амплитудно-временных парамет- ров переменных электрических сигналов используется универсальный измери- тельный прибор, называемый осциллографом. Основная функция осциллографа

заключается в воспроизведении в графическом виде электрических колебаний (осциллограмм) в прямоугольной системе координат. Чаще всего с помощью осциллографа наблюдают зависимость напряжения от времени, причем, как

5

правило, осью времени является ось абсцисс, а по оси ординат откладывается напряжение сигнала. С помощью осциллографа можно наблюдать периодиче- ские непрерывные и импульсные сигналы, непериодические и случайные сиг- налы, одиночные импульсы и оценивать их параметры. По осциллограммам, получаемым на экране осциллографа, могут быть измерены частота и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигналов, временные интервалы.

5 Порядок выполнения работы

1 ) Оп иса ни е о рга но в упр а вле ния и л иц евой па нел и ос -

ци лло гра фа На рис. 1 представлена лицевая панель осциллографа АСК-7022.

Рисунок 1 – Лицевая панель осциллографа АСК-7022

Кнопка «POWER» - кнопка включения/выключения питания. Регуляторы отображения развертки и настройки экрана: «INTEN» - регулятор яркости линии развертки; «READOUT» - регулятор яркости текстовых символов; «FOCUS» - регулятор фокусировки изображения;

«TRACE ROTATION» - регулятор поворота линии развертки, устанавливает угол линии развертки относительно сетки.

Разъем «CAL» - разъем для калибровки выходного напряжения.

Разъем « » - разъем заземления.

6

Блок вертикального отклонения:

«СН1» - входной разъем канала 1; «СН2» - входной разъем канала 2;

«EXT TRIG» - входной разъем для подключения внешнего источника запуска синхронизации;

«DC/AC» - переключатель режимов входа: открытый (DC) / закрытый (АС) для каналов СН1, СН2;

«GND» - кнопка включения режима входа заземленный для каналов СН1, СН2; «VOLTS/DIV (VARIABLE)» - переключатель В/дел, служит для изменения значения коэффициента вертикального отклонения (в нажатом положении включает-

ся режим некалиброванного измерения);

«− POSITION ↓» - ручки для смешения изображения по вертикали; «СН1», «СН2» - кнопки для выбора отображаемого на экране канала;

«ADD» - кнопка включения режима отображения суммы каналов СН1 и СН2; «INV» - кнопка для инвертирования отображения (изменения полярности)

входного сигнала с канала СН2.

Блок горизонтального отклонения:

«TIME/DIV (A VARIABLE)» - переключатель время/дел, служит для изменения значения коэффициента развертки (используется для точной установки выходной ча- стоты);

«FINE» - кнопка для точной настройки;

«MAG×10» - кнопка для масштабирования (растяжки) развертки по оси Х в

10 раз;

«← POSITION →» - ручки для смешения изображения по горизонтали; «ALT/CHOP» - переключатель для выбора режима отображения двух сигналов

(индикатор загорается, когда выбран режим СНОР).

Блок синхронизации:

«TRIG LEVEL» - регулятор установки уровня синхронизации (при вращении регулятора по часовой стрелке уровень синхронизации перемещается к положитель- ному пику сигнала запуска, при вращении против часовой стрелки – к отрицательно- му);

7

«READY» - индикатор режима ожидания сигнала запуска; «TRIG/D» - индикатор режима подачи сигнала;

«SLOPE» - кнопка для выбора синхронизации по фронту или по спаду сигнала; «SOURCE» - кнопка выбора источника синхронизации: СН1, СН2, LINE (сеть); «COUPLE» - кнопка выбора типа входа сигнала синхронизации: АС (закры-

тый), DC (открытый), HF-R (фильтр высоких частот), LF-R (фильтр низких частот); «TV» - кнопка выбора синхронизации по телевизионному сигналу.

Горизонтальное изображение:

«А» - кнопка выбора развертки А; «X-Y» - кнопка выбора режима X-Y.

Режимы развертки:

«NORM» - кнопка ждущего режима; «AUTO» - кнопка автоматического режима;

«SGL/RST» - кнопка режима однократного внешнего сигнала.

Другие функции:

«FUNCTION (COARSE)» регулятор для точной настройки (грубая настройка осуществляется при нажатии или удерживании регулятора);

« V- t-OFF» - кнопка включения/выключения режима курсорных измерений напряжения и времени;

«ТСК/С2» - кнопка выбора типа курсора; «HOLDOFF» - кнопка включения режима удержания. 2 ) П оря до к в кл юч ения осц илл ог раф а

Установить органы управления на лицевой панели в следующие положения:

−регуляторы «INTEN», «READOUT», «FOCUS» - в среднее положение;

−для канала СН1 регулятор «− POSITION ↓» - в среднее положение;

−регулятор «← POSITION →» - в среднее положение;

−регулятор «TRIG LEVEL» - в среднее положение.

Включить прибор, нажав кнопку «POWER», нажать кнопку «AUTO» в блоке режима развертки, нажать кнопку «А» в блоке горизонтальной развертки.

Через 30 секунд на экране появится развертка.

8

Для настройки яркости экрана повернуть регулятор «INTEN», для на- стройки яркости отображения показаний повернуть регулятор «READOUT» (крайнее левое положение – выкл.), для настройки четкости развертки повер- нуть регулятор «FOCUS».

Если под влиянием магнитных полей развертка отклонилась от горизон- тального положения, повернуть регулятор «TRACE ROTATION» при помощи отвертки.

3 ) Изме ре ние амп ли туды э ле ктри чес ко го с иг нала К входу осциллографа (СН1) подключить генератор. На генераторе регу-

лятор «AMPLITUDE» установить в положение «max», с помощью переключа- телей формы выходного сигнала выбрать синусоидальный сигнал, регулятором «FREQUENCY» и кнопками «RANGE» установить частоту выходного сигнала 10 кГц. На осциллографе нажать кнопку «СН1» для отображения на экране ка- нала 1, нажатием кнопки «DC/АС» выбрать режим входа АС (на экране должен появиться символ ). Регулятор «VOLTS/DIV» установить в такое положение,

чтобы размах изображения сигнала составлял 4-5 делений по вертикальной шкале, регулятор «TIME/DIV» установить в положение, при котором наблюда- ется 2-3 периода по горизонтальной шкале. Для стабилизации отображения сигнала на экране осциллографа необходимо нажать кнопку «HOLDOFF» (на дисплее отобразится «f: HOLDOFF») и установить время удержания развертки, поворачивая регулятор «FUNCTION» (обычно время удержания устанавливает- ся на 0 %).

С помощью регулятора «− POSITION ↓» перемесить изображение сигна- ла так, чтобы минимальный уровень сигнала совпадал с одной из нижних ли- ний, а максимальный – находился в пределах экрана. Регулятором

«← POSITION →» сместить изображение сигнала таким образом, чтобы один из пиков находился на средней линии вертикальной шкалы (рис. 2).

9