Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы

5.1. Подготовка стенда к работе. Установите на компьютере программу LVRunTimeEng, при необходимостиразархивируйте файл LR_3_4 и запустите программу стенда лабораторной работы № 3.4 LR3_4.ехе. На появившемся экране нажмите кнопку «Выполнить». На экране компьютера автоматически появится модель лабораторного стенда с моделями средств измерений и вспомогательных устройств (рис. 5.1).Продумайте свои действия за компьютером.

5.2.Описание лабораторного стенда.

Лабораторный стенд, (рис. 5.1), представляет собой LabVIEW компьютерную модель, отображаемую на экране персонального компьютера.

На стенде находятся модели:

- электромагнитного (1) и электродинамического (2) вольтметров;

- электронного вольтметра (3) с пиковым преобразователем, проградуированного в средневыпрямленных значениях гармонического сигнала;

- электронных милливольтметров средневыпрямленного (4) и среднеквадратического (5) значениях, проградуированных в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала;

- электронного осциллографа (6);

- генератора сигналов специальной формы (7).

Рис. 5.1

При выполнении работы модели средств измерений и вспомогательных устройств служат для решения описанных ниже задач.

Модели электромагнитного и электродинамического вольтметров (см. раздел 7. Приложение) используют для моделировании процесса прямых измерений среднеквадратического значения напряжения сигнала синусоидальной формы методом непосредственной оценки. На рис. 5.1 показана модель лабораторного стенда на экране компьютера при выполнении работы:

Модели электронных аналоговых милливольтметров средневыпрямленного и среднеквадратического значения (см. Приложение) используют для прямых измерений соответственно средневыпрямленного и среднеквадратического значения напряжения в цепях переменного тока любой формы методом непосредственной оценки.

Модель электронного осциллографа используют для наблюдения формы сигнала и для измерения параметров сигналов переменного тока произвольной формы.

Модель генератора сигналов специальной формы используют в качестве источника сигналов синусоидальной, прямоугольной (меандр), треугольной (двухполярной) и пилообразной формы, с плавной регулировкой пикового значения и частоты выходного сигнала

Схема соединения приборов при выполнении измерений приведена на

рис. 5.2.

Рис.5.2.

5.3. Ознакомление с моделями лабораторного стенда.

Ознакомьтесь с расположением моделей отдельных средств измерений и других устройств на рабочем столе.

Подготовьте модели к работе:

− включите электронные вольтметры с помощью тумблеров «сеть»;

− включите генератор сигналов и установите ручку регулятора выходного напряжения в крайнее левое положение (пиковое значение выходного сигнала равно нулю);

− установите переключатель рода работы генератора сигналов в положение, соответствующее гармоническому сигналу;

− установите частоту сигнала на выходе генератора, равной 20 гц;

− включите осциллограф.

5.4. Проверка работоспособности органов управления моделями.

Опробуйте органы управления моделямии убедитесь в их работоспособности. Для этого установите регулятор напряжения на выходе генератора в среднее положение и наблюдайте форму сигнала на экране осциллографа. Изменяя напряжение, частоту и форму сигнала на выходе генератора, а также диапазон измерений вольтметров, проследите за изменением изображения на экране осциллографа и изменениями показаний вольтметров.

5.5. Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока.

Используя осциллограф в качестве индикатора формы сигнала и измерителя пикового значения напряжения, исследуйте зависимость показаний электромагнитного и электродинамического вольтметров от частоты исследуемого сигнала в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц (тип образцового электронного вольтметра выберите по таблице 5.1). Для этого.

1. Установите на выходе генератора сигналов гармонический сигнал с частотой 20 Гц.

2. Отрегулируйте напряжение сигнала на выходе генератора так, чтобы показания электродинамического вольтметра соответствовали заданию таблицы 5.1.

3. Снимите показания электродинамического и электронного (таблица 5.1) вольтметров, запишите их и частоту исследуемого сигнала в отчет.

4. Выполните измерения в соответствии с п.п. 2-3, оставляя неизменной амплитуду и форму выходного сигнала генератора, последовательно устанавливая частоту сигнала, равной (0, 2; 1; 3; 5; 10; 20) кГц.

При выполнении задания тщательно следите за показаниями осциллографа (показание индикатора пикового значения измеряемого сигнала должно оставаться неизменным). В случае изменения пикового значения восстановите его регулятором выходного напряжения генератора сигналов.

Таблица 5.1

Выбор типа электронного вольтметра, частоты и напряжения сигнала

к заданию 1, 2

В таблице 5.1 приняты сокращения: форма сигнала «С_ин» – синусоидальная, «П_ил» – пилообразная, «Т_ре» – треугольная, «П_ря» - прямоугольная; коэффициенты: амплитуды К_а, формы К_ф, усреднения К_у.

Приняв показания электронного вольтметра (заданного в таблице 5.1) за действительное значение напряжения, оцените абсолютную и относительную систематические погрешности электромагнитного и электродинамического вольтметров.

Результаты эксперимента и обработки поместить в таблицу 5.2.

Построить графики зависимости показаний вольтметров и их систематических погрешностей от частоты.

Таблица 5.2

Результаты определения частотных характеристик вольтметров

5.6 Измерение параметров напряжения сигнала произвольной формы

Измерить параметры напряжения сигнала произвольной формы:

· среднеквадратическое значение;

· средневыпрямленное значение;

· пиковое значение.

Измерение каждого из параметров напряжения сигнала произвольной формы возможно только вольтметром с адекватным преобразователем.

При выполнении этого задания, используйте три электронных вольтметра с различными преобразователями: среднеквадратического, средневыпрямленного и пикового значений.

1. Установите на выходе генератора гармоническую форму сигнала и частоту, заданную в таблице 5.1.

2. Установите заданное показание в таблице 5.1 электронного пикового вольтметра с помощью регулятора выходного напряжения измерительного генератора. Зарисуйте осциллограмму исследуемого сигнала.

3. Снимите показания вольтметров для форм сигналов, заданных в таблице 5.1. Внимание. Показание электронного милливольтметра средневыпрямленного значения проверять на предмет «зашкаливания», потому что на пределе измерения 3В прибор может зашкаливать и этого НЕ ВИДНО. Если показание вольтметра равно 3 В, проверьте показание вольтметра на пределе измерения 10 В.

Таблица 5.3

Результаты измерений пикового U_m, средневыпрямленного U_ср.в и среднеквадратического U значений напряжения для сигналов синусоидальной, треугольной, пилообразной и прямоугольной форм.

4. Запишите в табл. 5.3 показания вольтметров, сведения о частоте и форме исследуемого сигнала. Укажите в таблицах для каждого вольтметра:

- тип вольтметра. Например: электронный аналоговый милливольтметр среднеквадратического значения – ЭВкв.; электронный аналоговый милливольтметр средневыпрямленного значения – ЭВср.в.; электронный аналоговый вольтметр пикового значения - ЭВп.

- класс точности;

- тип преобразователя;

- в каких значениях напряжения вольтметр проградуирован, и для какой формы сигнала;

- градуировочный коэффициент;

- результаты измерения и обработки.

5. Оставляя неизменной амплитуду (контроль производится цифровым индикатором «амплитуда» на панели осциллографа) и частоту выходного напряжения генератора, выполните измерения согласно п.п. (2 - 5), установив на выходе генератора форму сигнала, указанную в таблице 5.1.

6. Оценку погрешности измерения напряжения вольтметром осуществляют путем отыскания пределов допускаемой, абсолютной погрешности вольтметра D_пред = DU_v по классу точности вольтметра (класс точности указывается на шкале прибора, в паспорте и техническом описании прибора). Если значение параметра равно показанию вольтметра (градуировочный коэффициент C_гр равен 1), то предел допускаемой абсолютной погрешности измерения параметраDU_парам равен погрешности показания вольтметра DU_v. Если градуировочный коэффициент C_гр не равен 1, то пределы допускаемой погрешности измерений параметра DU_парам = DU_v / C_гр. Результаты оценки погрешности измерения параметров напряжения сигнала и результаты измерения каждого параметра записать в табл. 5.3.

7. Объясните результаты измерений параметров сигналов и их обработки. Поясните, почему показание пикового вольтметра меньше, чем у остальных вольтметров для синусоидальной формы сигнала. Свои соображения отразите в выводах по работе.

5.7. Измерение значения коэффициентов амплитуды, формы и усреднения сигналов различной формы.

Таблица 5.4

Результаты измерения параметров К_{а ,} , К_ф, К_у сигналов различной формы

Измерение значений коэффициентов амплитуды К_а, формы К_ф, усреднения К_у можно осуществить косвенным путем согласно выражениям:

К_а = U_m / U; K_ф = U / U_ср.в; K_у = U_m / U_ср.в;

Где U_m – пиковое значение, U – среднеквадратическое, U_ср.в – средневыпрямленное значения напряжений.

Используйте измеренные значения параметров сигналов, помещенные в таблице 5.3, для определения коэффициентов амплитуды, формы и усреднения, в соответствии с вариантом, указанным в таблице 5.1. Результаты обработки поместить в таблицу 5.4. Оценку погрешности измерения параметров К_а, K_ф, K_у выполняют по методике оценки погрешности косвенных измерений (с. 80-82 [1], c.47 [2], с.21-26 [6]).