2 Порядок проведения работы
Поверка генератора сигналов промышленной частоты состоит в сравнении показаний поверяемого прибора (генератора сигналов) и образцового прибора (цифрового частотомера), подключенных к одному источнику питания. Показания цифрового частотомера принимаются за действительные значения. Сравнение производится на числовых отметках генератора в выбранном диапазоне.
2.1 Ознакомиться с приборами, предназначенными для выполнения работы, и указаниями по их эксплуатации. Ознакомиться с паспортными данными приборов.
2.2 Проверить возможность применения имеющейся аппаратуры для решения поставленной измерительной задачи.
2.3 Собрать схему для поверки приборов, согласно рис 2.
Рисунок 2 – Схема поверки приборов
2.4 Произвести поверку генератора сигналов. Регулятором частоты установить указатель генератора сигналов точно на числовую отметку шкалы, затем цифровым частотомером измерить частоту (измерения произвести в выбранном диапазоне .
2.5 Определить абсолютную и приведённую погрешности, а также поправки поверяемого прибора.
2.6 Результаты измерений и расчётов представить в виде таблицы 1.
Таблица 1 – Результаты измерений
№ изм. |
Показания поверяемого прибора, Гц |
Показания образцового прибора, Гц |
Погрешности |
Поправка, Гц |
|
|
|
|
Абсолютная, Гц |
Приведённая, % |
|
2.7 Сделать заключение о соответствии генератора сигналов своему классу точности.
3 Контрольные вопросы
3.1 Структурная схема цифрового прибора.
3.2 Структурная схема цифрового частотомера – состав и назначение основных функциональных узлов.
3.3 Принцип работы цифрового частотомера.
3.4 Применение частотомеров.
3.5 Погрешности при поверке.
4 Литература
4.1. Под ред. Е.М. Душина. Основы метрологии и электрические измерения-Л.: Энергоатомиздат, 1987.
4.2. Е.К. Шевцов, М.И. Ревун. Электрические измерения в машиностроении-М.: Машиностроение, 1989.
Лабораторная работа № 7
Измерение частоты, фазы и мощности
Цель работы: Освоить измерение частоты и фазы по интерференционным фигурам и измерение мощности ваттметром с использованием пакета Workbench.
1 Краткие теоретические сведения
Существует
осциллографический способ измерения
частоты и фазы по интерференционным
фигурам (фигурам Лиссажу). Схема для
проведения таких измерений представлена
на рисунке 1. Кроме осциллографа, схема
содержит источник 
опорной частоты и исследуемый источник
сигналов 
.
Рисунок 1 – Схема для измерения фазы и частоты
Поскольку масштаб
по осям Х (канал А) и Y
(канал В) различен, то для симметрии
фигур амплитуда источника
задается меньше. При фазе 
напряжение
фигура Лиссажу представляет собой
окружность, а при 
– наклоненный под
эллипс.
Мощность и фазу в
цепи переменного тока можно изменять
следующим образом. Если на участке цепи
протекает ток 
и создает на нем падение напряжения 
, то на этом участке выделяется мощность
.
(1)
Двойка в знаменателе
объясняется тем, что при вычислении
мощности используется действующее
значение тока и напряжения, которые в
раз меньше амплитудных. После преобразования
произведения синусов для действительной
части выражения (1) получаем:
,
(2)
где 
– полная мощность;
- постоянная или активная составляющая
мощности.
Комплексную
мощность получаем при замене комплекса
напряжения 
на его сопряженную величину 
.
При такой искусственной замене получаем:
. (3)
Поскольку , то модуль комплексной мощности равен полной мощности . Первое слагаемое выражения (2)
,
(4)
называется активной мощностью; второе слагаемое выражения (3) называется реактивной мощностью
,
(5)
При этом величина P, Q и S образуют так называемый треугольник мощности и связаны между собой отношениями
.
(6)
Комплексная часть
выражения (1) может быть представлена
как 
и по правилам обратного преобразования,
принятым в символическом методе,
мгновенное значение мощности будет
равно:
(7)
как и в формуле (2), пульсирует с удвоенной частотой.
Для измерения мощности и ее составляющих используется модель ваттметра, представленная на рисунке 2.
Модифицированная
схема этой модели содержит управляемый
током источник 
,
имитирующий токовую обмотку ваттметра
(вход 1); управляемый напряжением источник
,
имитирующий обмотку напряжения (вход
U);
перемножитель М, имитирующий взаимодействие
токовой и обмотки напряжения ваттметра
(выход W
– для измерения активной мощности
вольтметром W
постоянного тока)
.
Активное сопротивление
токовой обмотки включаемой последовательно
с нагрузкой (затем L
- LOAD),
составленной в данном случае из
последовательно включенных конденсатора
и активного сопротивления 
,
определяется выбранным (в диалоговом
окне) значением коэффициента передачи
источника
и в данном случае равен 0,001 Ом. В то же
время для реализации алгоритма ваттметра
на базе перемножителя необходимо
обеспечить масштаб 1А=1В и соответственно
эквивалентное сопротивление токов
обмотки 10 м, что достигается установкой
коэффициента передачиперемножителя
равным обратной величине коэффициента
передачи источника
(в данном случае - 1000). Эту функцию в
приборе выполняет дополнительный
управляемый источник 
с коэффициентом передачи 1000, что позволяет
повысить уровень сигнала на входе
фазометра, который отсутствует.
Правильность функционирования ваттметра
можно проверить по показаниям амперметра
и вольтметра W,
проградуированного в единицах активной
мощности, т.е. в Вт. Но этот вольтметр
должен работать в режиме постоянного
тока, т.к. активная мощность определяется
постоянной составляющей выражения (2).
Поскольку амперметр
измеряет действующее значение тока, то
активная мощность может быть определена
как 
,
что должно совпадать с показаниями
вольтметра W.
Аналогичные результаты можно получить,
определив сначала фазовый угол, а затем
.
Рисунок 2 - Схема модели ваттметра
Фазометр состоит
из двух компараторов на ОУ1, на входы
которых поступают сигналы с токовой и
обмотки напряжения ваттметра (через
ограничитель на резисторе R1
и стабилитроне D
с напряжением стабилизации 4В). Выбранный
режим работы ОУ1 по выходному напряжению
позволяет сформировать на их выводах
однополярные импульсы фиксированной
амплитуды 3,6 В и смещенных относительно
друг друга на временной промежуток
Т2-Т1=4,5 мс, что при значении периода Т=20
мс, соответствует фазовому углу между
напряжением и током в исследуемой цепи
.
Сигналы с
компараторов поступают на входы
дифференциального усилителя на ОУ2
(
)
с коэффициентом передачи 
,
на входе Ph
(PHASE)
которого формируется сигналы амплитудой
3,6*0,1=360 мВ, длительностью Т2-Т1 и периодом
следования Т. Постоянная составляющая
такой последовательности, измеряемая
вольтметром DEG/mV,
составляет 360(Т2-Т1)/Т мВ, т.е. показания
указанного вольтметра соответствуют
значению угла 
в градусах, что подтверждается результатами
моделирования.
Рассмотренные составляющие мощности переменного тока могут быть определены так же по ее максимальному и минимальному значениям в результате осциллографических измерений выходного сигнала ваттметра.
Активная мощность определяется как:
полная мощность:
Фазовый угол определяется по временному промежутку Т2-Т1 между двумя ближайшими друг от друга точками пересечения оси Х с осциллограммой, т.е.
После определяется реактивная мощность по формуле (5).