3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)

Лабораторная работа выполняется на рабочем поле виртуальной лаборатории с использованием программы схемотехнического моделирования EWB, MULTISIM.

Задание 1. Измерить мощность постоянного тока выделяемую на резисторе Rн косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра.

Собрать схему, приведенную на рис. 3.1. Питание нагрузки происходит от источника постоянного напряжения Е1, а в качестве нагрузки использовать резистор Rн. Измерение мощности выполняют при помощи вольтметра РV1 и цифрового амперметра РА1. Установить внутреннее сопротивление амперметра 10 Ом. Напряжение на амперметре измерять цифровым вольтметром РVо. Установить Rн=100 Ом.

Нарисовать схему в отчет и включить питание.

Напряжение источника контролировать по вольтметру РV₁. Замерить ток I_A (амперметр PAo) и напряжение на амперметре U_Vо и результаты записать в табл.3.1.

Рис.3.1.

Расчет мощности выполнить по формулам: измеренное значение мощности определить по показаниям приборов PV₁ и PАo – Р_и= U_v1I_А мощность, потребляемую амперметром, рассчитать по формуле Р_А = U_v2 I_А, мощность, рассеиваемую в нагрузке, определить с учетом поправки – Р_А по формуле P_Н= Р_И-Р_А.

Относительная погрешность измерения мощности определить по формуле

После этого изменить сопротивление нагрузки Rн=1000 Ом и повторить все измерения и расчеты. Все результаты занести в табл.3.1.

Таблица 3.1.

Напряжение Uv1, B	10	10
Сопротивление нагрузки RН, Ом	100	100
Ток нагрузки IА, А
Измеренная мощность нагрузки Pи= Uv1IА, Вт
Напряжение Uv0, В
Поправка - PA= Uv0 IА, Вт
Мощность нагрузки с учетом поправки PН= Ри - РА, Вт
Относительная погрешность , %

Задание 2. Измерить мощность постоянного тока выделяемую на резисторе Rн c помощью ваттметра на основе перемножителя.

Собрать схему, приведенную на рис. 3.2.

Рис. 3.2.

В качестве амперметра использовать цифровой амперметр РА1, а в качестве вольтметра – PVa. Амперметр и вольтметр поставить в режим измерения постоянного тока (режим DC), резистор Rо преобразует ток в напряжение с коэффициентом преобразования 1 Ом.

4.2. Включить источник питания.

4.3. Измерить и записать в табл.3.2.: напряжение нам нагрузке Uн (PV1), ток через нагрузку Iн (PA1) и мощность на нагрузке Ризм = 10 U_PVa где U_PVa – показание вольтметра PVa.

2.5.3. Рассчитать мощность, выделяемую на резисторе R, по методу вольметра-амперметра, использую показания приборов P_Н= U_Н I_Н.

Для этого рассчитать мощность на резисторе Pрасч=UнIн. Результат записать в табл.3.2. и сравнить с результатом измерения прямым методом.

Рассчитать абсолютную, относительную и проведенную погрешности измерения мощности измерителя мощности по формулам:

– абсолютное значение основной погрешности Р определяют как разность между показаниями ваттметра P_В (или результатом расчёта при косвенном измерении мощности) и действительным значением мощности P_Д , рассеиваемой в нагрузке.

где за P_Д принимать значение мощности измеренное косвенным способом.

– относительная погрешность δР ваттметра определяют как отношение абсолютной погрешности Р к действительному значению мощности P_Д

– приведённая погрешность _Р ваттметра определяют как отношение абсолютной погрешности Р к нормирующему значению мощности Р_ном

Таблица 3.2

Сопротивление RН, Ом	100	1000
Напряжение UН, B
Ток IН, А
Показание ваттметра Ризм.Вт
Мощность нагрузки PН= UН IН, Вт
Абсолют. погрешность – P, Вт
Относительная погрешность δР
Приведенная погрешность , %

Задание 3.Определить класс, точности ваттметра на постоянном токе.

Для определения класса точности необходимо знать истинные значения измеряемой мощности. Если за нее принять мощность измеренную по методу вольтметра-амперметра то, класс точности поверяемого ваттметра устанавливают по наибольшему абсолютному значению приведенной погрешности _макс и выбирают из ряда (1; 2; 2,5; 5) 10ⁿ.

Записать класс точности поверяемого ваттметра.

Задание 4. Измерение активной мощности в цепи переменного тока.

1.3.1. Измерить мощность для резистора R= 100 Ом.

Соберите схему, приведенную на рис. 3.3.

Включить питание приборов.

Рис .3.3.

В генераторе выставить: форма сигнала – гармоническая; частота – 100 Гц; коэффициент заполнения – 0%; смещение – 0В, амплитуда напряжения на нагрузке – 10В, ее величину контролировать вольтметром PV1. Частоту генератора изменяют в пределах от 20 Гц до 1 кГц, поддерживая постоянным напряжение на нагрузке, и регистрируют показания ваттметра. Результаты измерений заносят в табл.3.3.

Измерить и записать в табл.3.3. мощность на нагрузке Ризм= 10^.U_PVa где U_PVa – показание вольтметра PVa.

При измерении мощности переменного тока определяют частотную и фазовую погрешности измерителя мощности.

Для определения частотной погрешности собирают схему изображенную на рис.3.3. и изменяя частоту от Таблица 3.3.

Напряжение UH, В	5	5	5	5	5	5
Частота f, Гц	20	50	100	200	500	1000
Мощность Pw, Вт
Погрешность f, %

Частотную погрешность ваттметра рассчитывают по формуле, где P_изм – показания ваттметра, P_f0 – показания ваттметра на частоте f₀ =100 Гц.

Фазовая погрешность в работе не рассматривается.

Задание 5. Измерение полной, активной и реактивной мощности на участке цепи при помощи осциллографа.

На наборном поле соберите схему, приведенную на рис.3.4.

В качестве элементов использовать минимодули: R=680 Ом, С=1 мкФ и L = 200 мГн.

Для измерения тока в контуре использовать цифровой амперметр РА в режиме переменного тока.

В генераторе выставить: форма сигнала – гармоническая; частота – 100 Гц; коэффициент заполнения – 0%; амплитуда – 10В; смещение – 0В.

Рис. 3.4.

2.1. Определить резонансную частоту.

Для этого изменяя частоту (200 - 400) Гц генератора, определить частоту, при которой ток в контуре (показания амперметра) будет максимальным. Результат измерения частоты записать в отчет.

2.2. На резонансной частоте (f=f₀) произвести измерение величин p_max и p_mix (смотри рис.1.5.) и результаты занести в табл.3.4.

Рассчитать ,ии записать в табл3.4.

2.3. Установить частоту генератора выше резонансной (f=2f₀) и повторить измерение.

2.4. Установить частоту генератора ниже резонансной (f=f₀/5) и повторить измерении.

2.5. По результатам измерения:

а) Вычислить: Р= I²R; Q= I²X где X=X_L-X_C=ωL-(ωC)^-1, (Ом), S=(P²+Q²)^0.5, cosφ=P/S и занести в табл. 3.4.

Таблица 3.4.

Измерения

Расчет

I

pmax

pmix

P

Q

S

φ

P

Q

S

cosφ

А

Вт

Вар

ВА

Вт

ВАР

BA

f=f0

f=5f0

f=f0/2