Содержание

1.Определение фазового сдвига 5

ГОСТ 30421-96 Измерители электрической емкости, активного сопротивления и тангенса угла потерь высоковольтные. Общие технические условия 16

5. Заключение 17

Работа, проведенная мною во время преддипломной практики, дала необходимый мне набор знаний для разработки новой методики осциллографических измерений фазового сдвига. 17

В ходе работы приобретены знания и навыки: 17

- Природа фазового сдвига, способы его измерения 17

- Стандарты, необходимые для разработки методики 17

- Измерение фазового сдвига с помощью осциллографа АКИП-4115/1А 17

- Измерение фазового сдвига с помощью осциллографа C1-65A 17

- Навыки использования генератора сигналов низкочастотных Г3-118 17

- Навыки использования генератора сигналов специальной формы АКИП-3407/1А 17

- Навыки использования калибратора фазы Ф1-4 17

Библиографический список 18

ГОСТ Р 8.563-2009 18

Введение

Человечество давно искало способы отображать графически временную зависимость сложных колебаний (сигналов). Область науки и техники, посвященная решению этой задачи, получила название осциллографии. А приборы для наблюдения временных зависимостей различных изменяющихся величин получили название осциллоскопов, а в дальнейшем, после приспособления их к достаточно точным и быстрым измерениям, — осциллографов. Слово «осциллограф» образовано от слов «осциллум» — колебания и «гра-фо» — пишу. Отсюда и назначение этого измерительного прибора — отображать на экране кривые, характеризующие форму тех или иных колебаний. Другое название этого прибора — осциллоскоп происходит от того же «осциллум» и «ско-пео» — смотрю. Т. е. речь идет опять-таки о наблюдении формы колебаний. И хотя второе название более точное, в литературе на русском языке принято все же первое — осциллограф.

Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.

Заданием данной работы является разработка новой методики выполнения косвенных измерений на современном оборудовании, с учетом его характеристик и особенностей интерфейса.

Данная работа актуальна на сегодняшний день, так как разработанная в результате методика будет применяться студентами технических специальностией. Лабораторные работы, которые будут проводиться на современном оборудовании, позволят получать более точные измерения. Также сам процесс проведения лабораторных работ будет значительно упрощена при помощи обновленного, более удобного интерфейса рабочих установок. Также благодаря возможности подключения к осциллографическому оборудованию USB устройств через стык USB-2 (2-го интерфейса) результаты работы на установке можно перенести на компьютер и соответственно там проводить расчеты, углубленно изучать полученные данные.

Прежде, чем приступить к разработке новой методики необходимо ознакомиться с природой явления «фазовый сдвиг» и известными способами его измерения.

1. Определение фазового сдвига

Фазовым сдвигом φ называется модуль разности аргу­ментов двух гармонических сигналов одинаковой частоты и, т. е. раз­ности начальных фаз:Фазовый сдвиг является постоянной величиной и не за­висит от момента отсчета. Обозначим через ∆T интервал времени между моментами, когда сигналы находятся в оди­наковых фазах, например при переходах через нуль от отри­цательных к положительным значениям. Тогда фазовый сдвиг или(1)где Т — период гармонических сигналов. Фазовый сдвиг появляется, когда электрический сигнал проходит через цепь, в которой он задерживается. Коле­бательные контуры, фильтры, фазовращатели и другие четырехполюсники вносят фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями φ = ωt_з где t_з — длительность задержки в секундах. Усилительный каскад обычного типа вносит фазовый сдвиг, равный π. Многие радиотех­нические устройства: радиолокационные, радионавигацион­ные, телевизионные, широкополосные усилители всех на­значений, фильтры — характеризуются наряду с другими параметрами фазочастотной характеристикой φ(ω), т. е. за­висимостью фазового сдвига от частоты. Фазовая модуля­ция и манипуляция широко применяются в аппаратуре телеметрии и связи; измерение фазового сдвига в этих устройствах является определяющим как при настройке, так и в эксплуатации. Если напряжения с одинаковыми частотами имеют несинусоидальную форму, то фазовый сдвиг рассматривается между их первыми гармониками; при измерении напряже­ние высших гармоник отфильтровывается с помощью фильтров нижних частот. Можно такие напряжения ха­рактеризовать временным интервалом ∆T. Для измерения фазового сдвига применяют следующие методы: осциллографический, компенсационный, преобра­зования фазового сдвига в импульсы тока, метод дискрет­ного счета и др. Задачей моей преддипломной практики было изучить осциллографический метод.

2. Методики осциллографических измерений фазового сдвига

Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой разверток. Ограничимся рассмотрением первых двух способов, как наиболее распространенных. ^ Способ линейной развертки. В каналы вертикального отклонения двухлучевого или двухканального осциллографа подают напряжения и; генератор развертки осцил­лографа включен. Уравнивают амплитуды обоих напряжений. Осциллограмма будет иметь вид. Фазовый сдвиг вычисляют по формуле (1), подставляя измерен­ные длины отрезковl и ∆l, соответ­ствующие Т и ∆T. Способ синусоидальной развертки осуществляется с помощью однолучевого осциллографа. В канал верти­кального отклонения подается на­пряжение , а в канал горизонтально­го; генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса, уравнение которого имеет видгде В и А — максимальные отклонения по вертикали и горизонтали соответственно. Положив х = 0, получим вертикальный отрезок у₀=В sin; положив у=0, получим горизонтальный отре­зок х₀ = A sin φ. Отсюда: sin φ = ± у₀/В = ± х₀/А. Пе­ред измерением удобно уравнять максимальные отклонения по вертикали и по горизонтали (А = В); тогда у₀ = х₀. Для вычисления фазового сдвига измеряют по осцилло­грамме отсекаемые на координатных осях отрезки 2х₀ или 2у₀ и сторону прямоугольника 2А или 2В, в который вписан эллипс: (4) Способ синусоидальной развертки не позволяет опре­делить фазовый сдвиг однозначно. Когда оси эллипса совпа­дают с осями координат, фазовый сдвиг φ равен 90^о или 270°. Если большая ось эллипса располагается в первом и третьем квадрантах, то фазовый сдвиг 0 < φ < 90° или 270° < φ < 360°; если во втором и четвертом, то 90°<φ<180° или 180°< φ < 270°. Для устранения неоднознач­ности нужно ввести дополнительный сдвиг 90°, и по изме­нению вида осциллограммы лег­ко определить действительный фазовый сдвиг. Например, полу­чили φ, равный 30^о или 330°. Ввели дополнительно +90°. Ес­ли осциллограмма осталась в прежних квадрантах, то φ = 330°; если переместилась во второй и четвертый, то φ=30°. Осциллографический метод не требует никаких дополните­льных приборов и прост по идее. Однако он является косвенным, требует линейных измерений и вычислений, что приводит к зна­чительным погрешностям. Общая погрешность складывает­ся из случайных погрешностей — измерения длин отрез­ков, совмещения следа луча с линиями масштабной сет­ки и конечного значения диаметра светового пятна на эк­ране осциллографа, и систематических—инструменталь­ной и методической. Инструментальная погрешность воз­никает за счет наличия собственных фазовых сдвигов в каналах осциллографа. Методическая погрешность связана с наличием гармоник в исследуемых напряжениях