Лабораторная работа №1

Измерение скорости генератором переменного напряжения

1. Цель работы

В данной лабораторной работе измеряется скорость генератором переменного напряжения.

2. Опытная установка:

1) Блок питания ±15В номер 726 86;

2) Сельсин-датчик вращающего момента 734 46;

3) Электропривод постоянного тока 734 34;

4) Зубчатый ремень 734 35;

5) Цифровой тахометр 734 71

6) Индикатор измеряемой величины 727 41

7) Выпрямительный мост 578 92 например B250 (AEG)

8) Источник питания (5 V/3 A) 726 88

9) Соединительные штепсели

10) Шнуры с однополюсными вилками

11) SENSOR-CASSY.

3. Измерение скорости генератором переменного напряжения

Сельсин (734 46) используется в качестве генератора переменного напряжения. Для этой цели роторные обмотки питают 5 V постоянного напряжения. Вал ротора приводится двигателем постоянного тока (734 34), через зубчатый ремень. Скорость двигателя регулируется в пределах до 3000 мин^-1. Двигатель имеет диск из акрилового стекла, на его окружности нанесены 60 измерительных делений. Измерительные импульсы, получаемые при сканировании его оптоэлектронными разветвлёнными лучами, подаются на частотомер (цифровой тахометр 734 71) имеющий 4-х разрядный дисплей. Он точно отображает значение скорости n. Зависящее от скорости переменное напряжениеU снимается с генератора на статоре, на концах двух обмоток, соединенных звездой (линейное напряжение). Сначала оно подается на запоминающий осциллограф, затем через мостовой выпрямитель (AEG B250) подается на 10 V указатель измеряемой величины, который показывает среднее значение выпрямленного напряжения U_R(t).

Рис.1 Учебная панель для измерения скорости генератором переменного напряжения

Задание Лабораторной работы:

1. Собрать установку, показанную на рис. 1

2. Записать значения = f(n) для интервала 200 мин^-1 < n < 1650 мин^-1 в табличной форме(таблица 1) .

3. Задать высокую скорость, например 2400 мин ^-1 и/или 2800 мин ^-1 и измерить амплитуду напряжения генератора U(t); в соответствии с пунктом a) рассчитать для каждой скорости n в таблице 1, соответствующее значение амплитуды (n) и выпрямленного напряжения.

4. Вычислить относительную погрешность измерения ε = f(n), которая показывает отклонение отображаемого значения от теоретического и занести полученные данные в таблицу 1.

5. Для низкой скорости, например n = 200 мин^-1, отобразить на осциллографе выпрямленное напряжение U_R(t) за один период. Сделать скриншот программы SENSOR-CARRY. Повторить то же самое для скорости n = 400 мин^-1. Для каждого случая нанести измеряемую величину (среднее значение U_R(t)).

6. Изобразить график = f(n)и = f(n), показать погрешность ε = f(n) в процентах, графики показаны на рисунке 3 и 4.

7. Рассмотреть характеристику погрешности ε = f(n). Чем она вызвана? При каких условиях она менее проявляется? Подкрепить свои ответы графиками теоретических кривых |U(t)| для обеих скоростей из пункта d), в том же масштабе, так же нанести на диаграммы оба выпрямленных напряжения .

8. Определить отношение / для обеих скоростей. Что оно выражает? К какому значению оно приближается на очень высоких переменных напряжениях генератора, т.е. на высокой скорости?

9. Записать в функции от скорости n снова, и сравнить с вычисленными ранее значениями . Существует ли явное соответствие? Насколько важна и необходима цепь с выпрямителем для измерения?

Таблица 1.

	U		UR
0	0.0	0.0		-
200	1.41	0.9	0.6	-33
312	2.2	1.4	1	-28
400	2.82	1.8	1.6	-11
500	3.54	2.25	2.2	-2.2
600	4.24	2.7	2.6	1.9
700	4.95	3.15	3.25	3
800	5.66	3.6	3.75	4.1
900	6.36	4.05	4.4	3.7
1000	7.07	4.5	4.8	6.6
1100	7.78	4.96	5.2	4.8
1200	8.49	5.41	5.75	6.3
1300	9.19	5.85	6.15	5.1
1400	9.9	6.3	6.6	4.7
1500	10.6	6.75	6.9	2.2
1600	11.31	7.2	7.3	1.4
1650	11.67	7.43	7.6	2.2
2400	16.97	10.8	9.9	-8.3
2800	28.88	12.61

Рис. 2. Выпрямленное значение и выпрямленное среднее значение генератора переменного напряжения как функция от скорости n и погрешность измерения при измерении U_R.

Рис. 3. Выпрямленное напряжение U_R(t) за один период при n = 200 мин^-1

Рис. 4. Выпрямленное напряжение U_R(t) за один период при n = 400 мин^-1

Вывод:

Погрешность измерений ε была определена как отклонение от теоретически рассчитанного среднего значения . Она вызвана, прежде всего, падением напряжения U_D = (0.7 + 0.7 V) = 1.4 V на двух диодах линейного пути тока в цепи двухполупериодного выпрямителя. Практически U_D более значительно при низких напряжениях измерения, т.е. при низких скоростях (n). U_D вычитается из кривой идеального напряжения U_id образуя реальное напряжение U_re на приборе, который формирует и отображает соответствующее среднее значение U_R. Диаграммы приведены для n, обусловливающей отношение . Если значение n увеличивается в два раза (2n), условия становятся более благоприятными. В этом случае влияние U_D на отображаемое значение не так значительно. Это иллюстрирует отношение . Поэтому малые напряжения должны определяться измеряющим выпрямителем, который обладает близкой к идеальной характеристикой: U_D= 0! Это требование может быть реализовано с помощью операционного усилителя. В классических измерительных методах применяются датчики с достаточно большими рабочими напряжениями, например 100V, т.о. потери на выпрямление менее существенны. Неизбежная остаточная погрешность компенсируется нелинейной шкалой, расстояние между её делениями не одинаково. Это применяется в основном в начале шкалы.